Toute surface solide immergée dans un plasma, y compris ceux des moteurs de satellites et des réacteurs à fusion, est entouré d'une couche de charge électrique qui détermine l'interaction entre la surface et le plasma. Comprendre la nature de ce contact, qui peuvent affecter les performances des appareils, dépend souvent de la compréhension de la répartition de la charge électrique autour de la surface. Maintenant, des recherches récentes menées par des scientifiques du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) indiquent un moyen de mesurer plus précisément ces propriétés électriques.

La découverte récente concerne la couche, la gaine dite de paroi de plasma de charge électrique qui entoure les objets, y compris les sondes de diagnostic, à l'intérieur du plasma, qui est composé d'électrons et d'ions chargés. Cette couche protège les sondes en repoussant les autres électrons du plasma qui affectent les mesures de l'instrument et parfois même causent des dommages. "En effet, l'objet s'isole de tous ces électrons du plasma qui transportent de l'énergie et de la chaleur et pourraient faire fondre la sonde, " a déclaré Brian Kraus, un étudiant diplômé du programme de Princeton en physique des plasmas qui était l'auteur principal de l'article qui a publié les résultats dans Physique des plasmas .

Kraus et le physicien de recherche principal Yevgeny Raitses, co-auteur de l'article et conseiller de recherche pour Kraus sur son projet de première année d'études supérieures, constaté que la charge de la couche peut parfois être positive, contredisant ce que les scientifiques pensent depuis longtemps, à savoir que la couverture a toujours une charge plus négative que le plasma environnant. Les résultats indiquent que les chercheurs doivent déterminer exactement quel type de charge entoure la sonde pour pouvoir effectuer des corrections qui généreront une mesure précise des conditions à l'intérieur du plasma.

Spécifiquement, les recherches menées sur l'expérience de propulseur à effet Hall (HTX) menée par Raitses au PPPL, qui est généralement utilisé pour étudier les propulseurs à plasma pour les engins spatiaux et les dispositifs à plasma associés, a montré qu'un diagnostic émetteur de chaleur qui n'est pas connecté à un fil de terre peut parfois produire la charge positive. Le HTX a été en mesure de fournir un plasma stable qui a permis aux scientifiques de détecter plus précisément quel type de charge s'accumulait à côté de la sonde.

"La grande nouveauté est que jusqu'à maintenant, depuis au moins une décennie, les scientifiques développaient des calculs théoriques et effectuaient des simulations informatiques montrant que la couche positive, ou gaine inversée, Pourrait se produire, mais personne ne l'avait vu dans des expériences impliquant des sondes, " Kraus a dit. " Dans cet article, nous disons que nous pensons que nous le voyons en effet dans une expérience, ainsi que de voir la transition entre les gaines négatives et positives."

La recherche a été la première à étayer ces calculs concernant l'effet des murs dits hautement émissifs. Michael Campanell a développé de tels calculs, Alexandre Khrabrov, et Igor Kaganovich de PPPL, avec Dmytro Sydorenko à l'Université de l'Alberta. (Campanell est maintenant au Lawrence Livermore National Laboratory du DOE.) Les nouvelles expériences fournissent ainsi un excellent exemple de la façon dont les prédictions théoriques motivent la recherche expérimentale qui à son tour valide les prédictions théoriques.

Selon Raitses et Kraus, les futures recherches impliquant des expériences physiques mesureront plus précisément dans quelle mesure le modèle de sonde hautement émissive correspond aux observations. Une telle expérience permettrait de déterminer si une sonde émissive avec un long fil retiendrait plus facilement une charge positive.