物理学家查尔斯Swanson。图片来源:Elle Starkman/Office of Communications
美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家们已经找到了一种方法，可以防止等离子体——由自由电子和原子核组成的高温带电物质——引起诸如航天器推进器、雷达放大器和粒子加速器等机器的短路。在网上发表的研究结果应用物理学杂志Charles Swanson和Igor Kaganovich的报告称，在这些机器内部的表面上应用类似羽毛和胡须的微观结构，可以使它们保持最佳工作性能。
物理学家计算出称为“分形”的微小纤维，因为当在不同的尺度观察时它们看起来相同，可以通过从等离子体中放大的其他电子捕获从内表面脱落的电子。研究人员指的是“二次电子发射”的脱落的表面电子（见）;捕获它们可以防止这种颗粒引起干扰机器功能的电流。
以以前的实验为基础
这项工作构建了先前的实验，表明具有纤维纹理的表面可以减少二次电子发射量。过去的研究表明，具有缺乏羽毛状分支的平纹纤维的表面可以防止大约50％的二次电子逃到等离子体中。天鹅绒仅捕获这样的电子的一半，因为如果来自等离子体的电子以浅角度撞击纤维，则二次电子可以反弹而不会阻塞。
“当我们观察天鹅绒时，我们观察到它不能很好地抑制浅入射电子的SEE，”Swanson说。“所以我们添加了另一组纤维来抑制剩余的次级电子，分形方法看起来确实很有效。”
新的研究表明，羽毛纤维可以捕获从浅角度靠近的电子产生的二次电子。因此，分形纤维可以减少80%的二次电子发射。
Swanson和Kaganovich通过执行计算机计算来验证了对比天鹅绒和分形羽毛纹理的计算机计算。“我们在数值上模拟了二次电子的发射，初始化了许多颗粒，并允许它们遵循弹道，直线轨迹，直到它们与表面相互作用，”斯旺森说。“很明显，向主晶须的侧面添加晶须显着降低了二次电子产率。”
临时专利
这两位科学家现在拥有了羽毛纹理技术的临时专利。这项研究由空军科学研究办公室资助，此前其他物理学家在PPPL做过类似的实验工作。具体来说，在PPPL工作的Yevgeny Raitses;加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的研究生马琳·帕蒂诺(Marlene Patino);新泽西学院(College of New Jersey)教授安吉拉·卡佩斯(Angela Capece)去年发表了基于PPPL研究的实验结果，研究不同的壁材料和结构如何影响二次电子发射。
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