Les physiciens du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ont trouvé un moyen d'empêcher le plasma—le état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques - de provoquer des courts-circuits dans des machines telles que les propulseurs d'engins spatiaux, amplificateurs radars, et les accélérateurs de particules. Dans les conclusions publiées en ligne dans le Journal de physique appliquée , Charles Swanson et Igor Kaganovich rapportent que l'application de structures microscopiques qui ressemblent à des plumes et des moustaches sur les surfaces à l'intérieur de ces machines les maintient à des performances optimales.

Les physiciens ont calculé que de minuscules fibres appelées « fractales, " parce qu'ils se ressemblent lorsqu'ils sont vus à différentes échelles, peut piéger les électrons délogés des surfaces intérieures par d'autres électrons zoomant du plasma. Les chercheurs appellent les électrons de surface délogés « émissions d'électrons secondaires » (SEE); les piéger empêche ces particules de provoquer un courant électrique qui interfère avec les fonctions des machines.

S'appuyer sur les expériences précédentes

Ce travail s'appuie sur des expériences précédentes montrant que les surfaces avec des textures fibreuses peuvent réduire la quantité d'émission d'électrons secondaires. Des recherches antérieures ont indiqué que les surfaces avec des fibres unies appelées "velours" qui manquent de branches ressemblant à des plumes peuvent empêcher environ 50 pour cent des électrons secondaires de s'échapper dans le plasma. Le velours ne piège que la moitié de ces électrons, car si les électrons du plasma frappent les fibres à un angle faible, les électrons secondaires peuvent rebondir sans obstruction.

"Quand nous avons regardé le velours, nous avons observé qu'il ne supprimait pas bien la SEE des électrons faiblement incidents, " a déclaré Swanson. " Nous avons donc ajouté un autre ensemble de fibres pour supprimer les électrons secondaires restants et l'approche fractale semble bien fonctionner. "

La nouvelle recherche montre que les fibres à plumes peuvent capturer les électrons secondaires produits par les électrons qui s'approchent d'un angle faible. Par conséquent, les fibres fractales peuvent réduire l'émission d'électrons secondaires jusqu'à 80 pour cent.

Swanson et Kaganovich ont vérifié les résultats en effectuant des calculs informatiques comparant les textures de velours et de plumes fractales. "Nous avons simulé numériquement l'émission d'électrons secondaires, initialiser de nombreuses particules et leur permettre de suivre balistique, trajectoires rectilignes jusqu'à ce qu'elles interagissent avec la surface, ", a déclaré Swanson. "Il était évident que l'ajout de moustaches sur les côtés des moustaches primaires réduisait considérablement le rendement en électrons secondaires."

Brevet provisoire

Les deux scientifiques disposent désormais d'un brevet provisoire sur la technique de la texture à plumes. Cette recherche a été financée par l'Air Force Office of Scientific Research, et fait suite à des travaux expérimentaux similaires effectués au PPPL par d'autres physiciens. Spécifiquement, Evgueni Raitses, travailler à PPPL; Marlène Patino, un étudiant diplômé de l'Université de Californie, Los Angeles; et Angela Capece, professeur au College of New Jersey, ont, au cours de la dernière année, publié des résultats expérimentaux sur la façon dont l'émission d'électrons secondaires est affectée par différents matériaux et structures de paroi, sur la base des recherches qu'ils ont effectuées à PPPL.