CC BY
10SEE Si! 19-21 октября 2021 r.
Модификация поверхности пластин тантала в разряде, инициируемом микроволновым излучением гиротрона в порошке реголита
Мошкина К.Г.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
Е-mail: mosksuhaagmail. com
Плазменно-пылевые облака, левитирующие над поверхностью Луны, состоят из заряженных микрочастиц и поднимаются на высоту десятков километров. Основным источником взвешенной заряженной пыли на Луне является покрывающий её поверхность реголит (лунная пыль), толщина слоя которого в районах лунных морей колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров.
Заряженные частицы на Луне обладают высокой адгезионной способностью, из-за чего лунная пыль способна прилипать к скафандрам астронавтов, поверхностям космических аппаратов, приборам и устройствам. Это может привести к износу деталей посредством стирания механизмов и загрязнению поверхностей солнечных батарей. Именно поэтому при проектировании космической техники, предназначенной для посадки на Луну, важно понимать воздействие реголита на конструкционные материалы.
Образование плазменно-пылевых ансамблей заряженных микрочастиц на поверхности смеси порошков (соответствующих лунному реголиту), было обнаружено в разрядах, инициируемых мощным гиротронным излучением [1]. В эксперименте смесь порошков, помещённая на кварцевую пластину в плазмохимическом реакторе с открытой верхней границей, подвергалась воздействию импульсного микроволнового излучения. Когда энергия гиротрона превышала некоторые пороговые значения, частицы порошка испускались с поверхности из-за кулоновских сил отталкивания между отдельными заряженными частицами [2]. После этого на поверхности порошка развивались экзотермические цепные реакции, приводящие к синтезу нано- и микрочастиц [3, 4].
Заряженные частицы образуют над поверхностью порошка левитирующее облако, которое по химическому составу и размеру соответствует лунному реголиту. Физико-химические процессы в
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
реакторе и левитация частиц подобны процессам образования облаков лунной пыли при бомбардировке поверхности Луны микрометеорами [5].
Половина изучаемых нами образцов тантала была предварительно обработана струей низкотемпературной плазмы диэлектрического барьерного разряда (ДБР) [6]. Обработка была применена для получения исходных образцов с модифицированной поверхностью, которую далее можно было использовать для сравнительного анализа после воздействия гиротронного разряда.
На рис. 1 слева показана поверхность образца после обработки ДБР (масштаб 100 мкм), справа — приведена фотография (электронная микроскопия) частиц реголита, осаждённых на повер
Рис. 1. Снимки поверхности пластин тантала: после обработки ДБР (слева), с осажденными частицами реголита (справа).
По снимкам электронной микроскопии были получены и проанализированы распределения частиц по размерам для каждого образца. Из них следует, что на необработанном образце оседает больше крупных частиц, которые принимают более правильную форму. Изначально имея аморфную с острыми углами форму, они преобразуются в сферические частицы. Химический состав напыления на образцах не отличается от реголита с Луны.
1. Skvortsova N.N., Malakhov D.V., Stepakhin V.D., et al. JETP Lett. 2017, 106, 262.
2. Batanov G.M., Berezhetskaya N.K., Borzosekov V.D., et al. J. Nanoelectron. Optoelectron. 2013, 8, 58.
3. Helfferich F.G. Kinetics of multistep reactions. Elsevier, 2004.
4. Skvortsova N.N., Akhmadullina N.S., Batanov G.M., et al. EPJ Web of Conf. 2017, 149, 02016.
SEE Si! 19-21 октября 2021 г.
5. Попель С.И., Голубь А.П., Лисин Е.А. и др. Письма в ЖЭТФ. 2016, 103, 641.
6. Artem'ev K.V. Bogachev N.N., Gusein-zade N.G., et al. Russian Physics Journal. 2020, 62, 2073-2080.
