Los físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) han encontrado una manera de prevenir el plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que provoquen cortocircuitos en máquinas como los propulsores de naves espaciales, amplificadores de radar, y aceleradores de partículas. En los hallazgos publicados en línea en el Revista de física aplicada , Charles Swanson e Igor Kaganovich informan que la aplicación de estructuras microscópicas que se asemejan a plumas y bigotes a las superficies dentro de estas máquinas las mantiene funcionando al máximo rendimiento.

Los físicos calcularon que pequeñas fibras llamadas "fractales, "porque tienen el mismo aspecto cuando se ven a diferentes escalas, puede atrapar electrones desprendidos de las superficies interiores por otros electrones que se acercan desde el plasma. Los investigadores se refieren a los electrones de superficie desplazados como "emisiones de electrones secundarios" (SEE); atraparlas evita que dichas partículas provoquen una corriente eléctrica que interfiera con las funciones de las máquinas.

Sobre la base de experimentos anteriores

Este trabajo se basa en experimentos anteriores que muestran que las superficies con texturas con fibras pueden reducir la cantidad de emisión de electrones secundarios. Investigaciones anteriores han indicado que las superficies con fibras simples llamadas "terciopelo" que carecen de ramas parecidas a plumas pueden evitar que alrededor del 50 por ciento de los electrones secundarios se escapen al plasma. El terciopelo solo atrapa la mitad de esos electrones, ya que si los electrones del plasma golpean las fibras en un ángulo poco profundo, los electrones secundarios pueden rebotar sin obstrucción.

"Cuando miramos el terciopelo, observamos que no suprimía bien SEE de los electrones incidentes superficiales, "Dijo Swanson." Así que agregamos otro conjunto de fibras para suprimir los electrones secundarios restantes y el enfoque fractal parece funcionar bien ".

La nueva investigación muestra que las fibras emplumadas pueden capturar electrones secundarios producidos por los electrones que se acercan desde un ángulo poco profundo. Como resultado, las fibras fractales pueden reducir la emisión de electrones secundarios hasta en un 80 por ciento.

Swanson y Kaganovich verificaron los hallazgos realizando cálculos por computadora que compararon texturas de plumas de terciopelo y fractales. "Simulamos numéricamente la emisión de electrones secundarios, inicializando muchas partículas y permitiéndoles seguir balística, trayectorias en línea recta hasta que interactúan con la superficie, ", Dijo Swanson." Era evidente que la adición de bigotes a los lados de los bigotes primarios redujo drásticamente el rendimiento de electrones secundarios ".

Patente provisional

Los dos científicos ahora tienen una patente provisional sobre la técnica de textura emplumada. Esta investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, y sigue un trabajo experimental similar realizado en PPPL por otros físicos. Específicamente, Yevgeny Raitses, trabajando en PPPL; Marlene Patiño, estudiante de posgrado en la Universidad de California, Los Angeles; y Angela Capece, profesor del College of New Jersey, han publicado en el último año hallazgos experimentales sobre cómo la emisión de electrones secundarios se ve afectada por diferentes materiales y estructuras de la pared, basado en la investigación que hicieron en PPPL.