Få utskriftsvennlig versjon ved å trykke på denne

UiT-forsker fant "savnede" elektroner

Fysiker ved UiT, Njål Gulbrandsen har påvist høyenergielektroner på et uvanlig sted i sine plasmaforsøk.


Vibeke Os 23.01.2018 11:30   (Sist oppdatert: 29.01.2018 14:55)

«Njord» er det treffende navnet på plasmainstrumentet som står i kjelleren på Teknologibygget. Ikke ulikt kreftene til den norrøne havguden, Njord som rår over vindens gang, stiller storm og slukker ild, er det også enorme krefter i sving i dette instrumentet. Gulbrandsen sammenliknet sine resultater herfra med målinger han utførte på et større plasmainstrument (HELIX-LEIA) ved Universitetet i West Virginia, USA. Foto: Vibeke Os

I fysikkens verden, blant forskerne som studerer plasma* har det inntil nylig vært diskutert hvorvidt «høyenergielektroner», altså elektroner med usedvanlig høy energi, kan måles i eksperimentelle forsøk med en bestemt type plasmakilde (Helicon-plasmakilde). Med doktorgradsarbeidet sitt satte fysiker Njål Gulbrandsen et punktum for den diskusjonen.

Illustrasjon av magnetfeltet inne i plasmainstrumentet Njord, høyenergielektronene befinner seg i ytterkant av magnetfeltet. Foto: Njål Gulbrandsen

– Jeg har klart å påvise dem i plasmatanken og hvor i magnetfeltet de befinner seg, smiler fysikeren.

Men det var ikke var leting etter mystiske partikler som var utgangspunktet da han startet på doktorgradsprosjektet, men en generell kartlegging av egenskaper til plasmaet.

Lyn og nordlys er også plasma

– Vår forskning er ikke direkte knyttet til anvendelse, dette er i aller høyeste grad grunnforskning. Plasma er for øvrig noe vi omgir oss med hele tiden, og ikke minst produkter som er utviklet ved hjelp av plasma. Det brukes til å lage Microchip’er vi anvender i masse elektronisk utstyr, for eksempel mobiltelefon, vi har TV-skjermer basert på plasma, neonskilt og lysrør som lyser opp byer og tettsteder. Forståelsen av egenskapene til plasma er også relevant for å forstå prosesser i verdensrommet. Himmelfenomener som lyn og nordlys er også plasma, utdyper han.

Det samme er sola og stjernene. Samtidig er solsystemet fylt av et tynt plasma som strømmer ut fra sola. Det kalles solvind.

Fartskontroll på partiklene

Men til tross for at fysikeren driver med grunnforskning kan det hende at resultatene hans en vakker dag kommer til praktisk anvendelse. Av de fem-seks forskningsgruppene i verden som jobber med det som kalles «Helicon»-plasmakilder, er det et par grupper som studerer rakettmotorer til satellitter, en anvendelse som ifølge Gulbrandsen ligger nært opp til det han har forsket på.

– Målet for plasmaforskerne som studerer rakettmotorer er å få opp hastigheten på ionene, og forhåpentligvis kan mitt arbeid være en brikke videre i dette puslespillet, jeg har nemlig drevet med «fartskontroll» på ionene, som for øvrig holder den nette fart av 10 kilometer per sekund!

Fysiker Njål Gulbrandsen viser frem den egenbygde «proben» han brukte til å måle farten på ioner og for å søke etter høyenergielektronene. Foto: Vibeke Os

Njord

Plasmakammeret Njord har vært sentral i Gulbrandsens arbeid. I denne tanken genereres plasmaet med radiobølger, og et kraftig magnetfelt får ionene til å akselerere ut av plasmakilden.

Først pumper han all luft ut slik at det oppstår vakuum, før han fyller tanken med argongass. Denne gassen er en edelgass og beskrives av forskeren som en helt ufarlig gass som er godt egnet til å utføre forsøk med. Argon vil ikke reagere med andre stoffer når den splittes opp i ioner og elektroner.

Argon er en av edelgassene lengst til høyre i det periodiske system, for de som husker tabellen over alle våre grunnstoffer.

Gulbrandsen forklarer at trykket inne i tanken tilsvarer trykket 100 kilometer opp i atmosfæren.

– Jeg har forsøkt å måle hastigheten på partiklene i plasma, og jeg har sett på to ulike metoder for å måle hastigheten til ioner i plasma, forklarer Gulbrandsen.

– Med den ene metoden brukes en probe med et elektrostatisk gitter, mens med den andre metoden brukes laser for å måle hastighet på partiklene. Jeg måler hastighet og konsentrasjon på ionene og har sammenliknet mine data herfra med tilsvarende målinger jeg utførte i USA.

Designet ny probe

Det var mens han holdt på med disse målingene at han også ville gjøre et forsøk på å finne de savnede høyenergieletronene.

– Det krevde litt justering av proben vi bruker, og det var utrolig tilfredsstillende å kunne finne dem, konstaterer Gulbrandsen.

Gulbransen forsvarte sin doktorgrad 18. september 2017, tittel på oppgaven var: “Diagnostics of Ion Beam and Current Free Double Layer in Helicon Plasma Devices with Expanding Magnetic Field”

Han ble veiledet av Åshild Fredriksen, Institutt for fysikk og teknologi, UiT Norges arktiske universitet.

*Plasma: Plasma er en gass hvor mange av partiklene gassen består av har ladning. Partiklene er vanligvis elektroner, men kan også være kationer og anioner. 

Les mer:

Diagnostics of Ion Beam and Current Free Double Layer in Helicon Plasma Devices with Expanding Magnetic Field (Doktorgradsavhandling i Munin, UiT sitt vitenarkiv)

Skip to main content