Ombord på ISS, forskere undersøger kompleks støvadfærd i plasmaer

400 kilometer over Jorden, forskere undersøgte bølger i komplekst plasma under mikrogravitationsforhold og fandt ud af, at mikropartiklerne opførte sig på uensartede måder i nærværelse af varierende elektriske felter. De rapporterer nogle af de første fund fra Plasma-Kristall 4 (PK-4) eksperimentet i Plasmas fysik .

PK-4 er et samarbejde mellem European Space Agency og den russiske statslige rumfartsvirksomhed "Roscosmos" for at undersøge komplekse plasmaer. Komplekse eller støvede plasmaer indeholder elektroner, ioner og neutral gas, samt mikropartikler såsom støvkorn. Mikropartiklerne bliver stærkt ladede i plasmaet og interagerer stærkt med hinanden, hvilket kan føre til flydende eller endda krystallinsk adfærd i det komplekse plasma. Den vigtigste egenskab ved et sådant system er, at undersøgelser af fysiske fænomener kan udføres på det individuelle (mikro-)partikelniveau, hvilket tillader ny indsigt i væske- og faststoffysik.

Tyngdekraften forvrænger de fleste komplekse plasmaeksperimenter på Jorden, så mikrogravitationsmiljøet på den internationale rumstation muliggør ellers umulig forskning. I februar 2017 forskere fra DLR-Institute of Materials Physics in Space ved German Aerospace Center (DLR) og Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences observerede støvtæthedsbølger eller synlige lydbølger, mens de bevægede sig gennem det komplekse plasma.

I forsøget en mikropartikelsky drev i et plasma med en konstant jævnstrøm og dannede selveksciterede bølgemønstre. Efter det, udladningspolariteten blev omvendt. Selvom feltstyrken var næsten identisk for begge udladningspolariteter, bølgemønstrene udviste bifurkationer:En ny bølgetop dannet mellem de to gamle toppe i hovedet af mikropartikelskyen.

"Det mest interessante fund var, at hastigheden af ​​disse bølger afhænger stærkt af det elektriske felt, hvilket er spændende bølgerne, sagde Mikhail Pustylnik, en forfatter på papiret. "Vi forventer at støde på disse typer bølger i astrofysiske situationer, hvor du kan have støv - i en komethale, for eksempel."

"Mange plasmaprocesser bruges også i halvlederindustrien, " sagde Pustylnik. Støv udgør store udfordringer for halvlederindustrien, fordi partikler kan beskadige en siliciumwafer under fremstilling. Fra og med dette efterår, forskerne planlægger yderligere eksperimenter, der vil variere rækkevidden af ​​elektriske felter ved at skifte udladningens polaritet.