En stangmagnet skaber kaos i plasma

At placere en magnet på dit køleskab kan holde din kalender oppe, men forskere fra Indiens Saha Institute of Nuclear Physics fandt ud af, at placering af et uden for et plasmakammer forårsager en lokaliseret, ildkuglelignende struktur. Dette arbejde kan hjælpe med at forstå plasmadynamikken under disse nord-syd, eller dipolær, magnetiske felter. De præsenterer deres resultater i denne uge i journalen Plasmas fysik .

Når det udsættes for det magnetiske dipolfelt frembragt af en stangmagnet, forskerne fandt ud af, at en lokal glød dukkede op nær katodeoverfladen. Ifølge deres papir, denne lokalisering skyldes forøgelse af graden af ​​ionisering på grund af elektronindeslutning i magnetfeltet nær den negativt ladede katodeoverflade. De fandt ud af, at intensiteten af ​​glødområdet steg, da de øgede magnetfeltets styrke.

Traditionelt set arbejde i dette felt udføres ved at holde en permanent magnet inde i et plasmakammer - det betyder, at der ikke er nogen måde at variere feltstyrke eller feltlinjestruktur. Ved at placere stangmagneten på ydersiden af ​​plasmakammeret, forfatterne til dette papir kunne ændre magnetens position og variere magnetfeltets styrke.

"Selvom stangmagneter er blevet brugt i plasmaforsøg, fokus var hovedsageligt på måling af plasma -ligevægtsparametre som densitet, potentiale og andre udsving målinger, "sagde hovedforfatter Pankaj Kumar Shaw." Efter vores mening, dette er den første indsats for at undersøge ikke -lineære dynamiske fænomener i udsvingene under dipolært magnetfelt. "

I disse tidligere undersøgelser, introduktionen af ​​et magnetfelt til plasma ville få plasmasvingningerne til at gå fra orden til kaos. Placering af stangmagneten uden for plasmakammeret, Shaw og hans kolleger fandt ud af, at en forøgelse af magnetfeltstyrken afslørede en overgang fra orden til kaos via en proces med en periode med fordobling af bifurkation.

"Det var uventet at følge en bestemt sekvens fra orden til kaos via [en] periode-fordobling, "sagde Shaw, som tilføjede, at mens tidligere eksperimenter havde rapporteret fremkomsten af ​​turbulens og kaos fra indførelse af et magnetfelt, at dette var det første eksperiment, der rapporterede en fordoblingsvej til kaos med magnetfeltstyrke.

"Ændring af stangmagnetens position varierede magnetfeltets styrke over 1-10G, " sagde Shaw. "Denne observation i et så lavt magnetfeltområde var overraskende."

I fremtiden, Shaw sagde, at hans team håber at designe et nyt plasmaeksperiment, der inkorporerer flere stangmagneter og undersøge deres virkninger på plasmadynamikken.

Resultaterne af dette papir kan være vigtige i rumplasmaforskning, sagde Shaw. Specifikt, det kan hjælpe forskere med at forstå virkninger som magnetiske anomalier på sol-vind-månens overfladeinteraktioner. Det kan også vise sig at være vigtigt på andre områder af plasmaprogrammer, såsom plasmabehandling af materialer, hvor magnetiske felter bruges i vid udstrækning.

At kende "grundårsagen til plasma-ustabilitet er vigtig for anvendelser af plasma-overflade-interaktioner, " sagde Shaw. Desuden, han mener, at dette kan hjælpe med at uddanne en fremtidig generation af fysikere. "Dette enkle eksperiment kan bruges til at lære forskellige aspekter af plasmafysik, ikke-lineær dynamik, og tidsserieanalyse til gymnasieelever."