Cualquier superficie sólida sumergida en un plasma, incluidos los de los motores de satélite y los reactores de fusión, está rodeado por una capa de carga eléctrica que determina la interacción entre la superficie y el plasma. Entendiendo la naturaleza de este contacto, que puede afectar el rendimiento de los dispositivos, a menudo depende de comprender cómo se distribuye la carga eléctrica por la superficie. Ahora, Una investigación reciente realizada por científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) indica una forma de medir con mayor precisión estas propiedades eléctricas.

El descubrimiento reciente se relaciona con la capa, la llamada vaina de pared de plasma de carga eléctrica que rodea los objetos, incluyendo sondas de diagnóstico, dentro del plasma, que se compone de iones y electrones cargados. Esta capa protege las sondas al repeler otros electrones en el plasma que afectan las medidas del instrumento y en ocasiones incluso provocan daños. "En efecto, el objeto se aísla de todos estos electrones en el plasma que transportan energía y calor y podrían hacer que la sonda se derrita, "dijo Brian Kraus, estudiante de posgrado en el Programa de Princeton en Física del Plasma que fue el autor principal del artículo que publicó los hallazgos en Física de Plasmas .

Kraus y el físico investigador principal Yevgeny Raitses, coautor del artículo y asesor de investigación de Kraus en su proyecto de posgrado de primer año, descubrió que la carga de la capa a veces puede ser positiva, contradiciendo lo que los científicos han pensado durante mucho tiempo:que la manta siempre tiene una carga más negativa que el plasma circundante. Los hallazgos indican que los investigadores deben determinar exactamente qué tipo de carga rodea la sonda para poder hacer correcciones que generarán una medición precisa de las condiciones dentro del plasma.

Específicamente, investigación realizada en el Experimento Hall Thruster (HTX) dirigido por Raitses en PPPL, que se utiliza normalmente para estudiar propulsores de plasma para naves espaciales y dispositivos de plasma relacionados, mostró que un diagnóstico de emisión de calor que no está conectado a un cable con conexión a tierra a veces puede producir la carga positiva. El HTX fue capaz de proporcionar un plasma estable que permitió a los científicos detectar con mayor precisión qué tipo de carga se estaba acumulando junto a la sonda.

"La gran novedad es que, hasta ahora, Los científicos durante al menos una década habían estado desarrollando cálculos teóricos y realizando simulaciones computacionales que mostraban que la capa positiva, o vaina inversa, podría ocurrir, pero nadie lo había visto en experimentos con sondas, ", Dijo Kraus." En este documento, decimos que creemos que de hecho lo estamos viendo en un experimento, además de ver la transición entre envolturas negativas y positivas ".

La investigación fue la primera en respaldar estos cálculos sobre el efecto de los llamados muros altamente emisores. Desarrollando tales cálculos fueron Michael Campanell, Alexander Khrabrov, e Igor Kaganovich de PPPL, junto con Dmytro Sydorenko en la Universidad de Alberta. (Campanell se encuentra ahora en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore del DOE). Los nuevos experimentos proporcionan un excelente ejemplo de cómo las predicciones teóricas motivan la investigación experimental que, a su vez, valida las predicciones teóricas.

Según Raitses y Kraus, Las investigaciones futuras que involucren experimentos físicos medirán más cuidadosamente qué tan bien el modelo de la sonda altamente emisiva coincide con las observaciones. Uno de esos experimentos determinaría si una sonda emisiva con un cable largo retendría una carga positiva más fácilmente.