De opbouw en test van een instrument Esther Schreuders 0812331

1. De opbouw en test van een instrumentEsther Schreuders 0812331 A zero gravity instrument to study low velocitycollisions of fragileparticles at low temperatures Salter et al. Review of scientificinstruments 80, 074501 (2009)

2. Opbouw • Functie van het instrument • Wat voor onderzoek? • Eisen aan het instrument • Welke omstandigheden? • Hoe wordt hieraan voldaan? • De botsingen • Wat voor botsingen worden tot stand gebracht? • Hoe wordt dit gedaan? • Testresultaten • Werkt het instrument?

3. Functie van het instrumentStatus onderzoek • Onderzoek naar planeetvorming Bekend • Groei van orde van grootte van 10-6m tot 10-3m • Groei van orde van grootte van 103m tot planeten • Gravitatie Onbekend • Tussenstadium

4. Functie van het instrument Groei van orde van grootte van 10-6m tot 10-3m Coagulationtheory • Deeltjes bewegen relatief aan elkaar • Kunnen in botsing komen • Aantal vermindert • Grootte neemt toe Simulatie • Stickingprobability = 1 - Resultaat: Grotere, poreuze, samengestelde structuren

5. Functie van het instrument opzet onderzoek Onderzoek • Groei van orde van grootte 10-3m naar 10-2 • Silicaten: SiO2 • Vermoeden: groei volgens coagulationtheory • Meest effectieve manier: experimenteel • Omstandigheden protoplanetaire schijf • Nabootsen botsingen aggregaten • Twee frontaal op elkaar • Twee met een derde deeltje onder een hoek

6. Eisen aan het instrumentNa te bootsen omstandigheden Omstandigheden experiment • Microgravitatie • Lage gasdichtheid • Deeltjes al in instrument aanwezig • Temperatuur en koeling: • 250-300 K (koud) ---> stof • 80-250 K (cryogeen) ---> ijs • Botsingen met snelheid van orde van grootte 0,10ms-1

7. Eisen aan het instrumentMicrogravitatie Parabolische vlucht • Duur gewichtloosheid 22s per parabool • 90 parabolen in 3 vluchten

8. Eisen aan het instrumentMicrogravitatie Parabolische vlucht • Steiging tot een hoek van ~ 45° • 1,8g wordt bereikt • Motor compenseert voor luchtweerstand • Vliegtuig raakt in vrije val • Parabolische baan tot hoek van ~ 40 ° • Piloot trekt op • 1,8 g wordt opnieuw bereikt • Horizontale vlucht voor bijstellen experimenten Fw Fm Fz

9. Eisen aan het instrumentLage gasdichtheid Vacuümvat (7) • Druk < 10-2mbar • Geen significant warmtetransport • Druk 10-6mbar • Meest ideaal • Instrument staat in vat op isolerend materiaal

10. Eisen aan het instrumentDeeltjes al in instrument aanwezig Opslagkamer (1) • Koper • 180 gaten om de 12,5° • Opslag deeltjes • 8mm Ø • Elk gat direct tegenover een ander, 90 botsingen

11. Eisen aan het instrumentDeeltjes al in instrument aanwezig Opslagkamer (1) - Grotere deeltjes • Beiden bruikbaar • Aluminium • 64 gaten om de 24° • Opslag deeltjes • 16mm Ø • Elk gat direct tegenover een ander, 32 botsingen

12. Eisen aan het instrument Temperatuur en koeling Koeling • Vloeibaar N2 • Koeling door geleiding • Via koperen buizen (6) • Cryogene vloeistoffen verboden aan boord • Koeling vóór vlucht • Stralingsschild (4) • Koper • Voorkomt opwarming

13. Eisen aan het instrument Temperatuur en koeling Koeling • Warmtereservoir (2) • Vacuümvat (7) • Behoud lage en cryogene temperaturen voor meerdere uren • Schroef (3) • Verbinding warmte- en opslagvat • Draait deeltjes voor de versnellingsarmen

14. Eisen aan het instrumentBotsingen met snelheid van orde van grootte 0,10ms-1 Versnelling deeltjes • Constant • Broze deeltjes intact laten • Gesynchroniseerde trajecten • Botsing voor camera • Maximale versnelling 10ms-2 • Voorkomt samendrukking • Behoud astrofysische eigenschappen aggregaat • Abrupte stop na versnelling om plakken te voorkomen

15. Eisen aan het instrumentBotsingen met snelheid van orde van grootte 0,10ms-1 Versnelling deeltjes • Elektrisch aangedreven zuigers (5) • Steken uit het vat • Worden elk door twee aparte vacuüm gangetjes geleid • Vermijding lek door bewegende delen

16. De botsingenDe Opzet • Twee frontaal op elkaar • Twee met een derde deeltje onder een hoek • Draaibare houder (1) • Kan ijs of stofdeeltjes bevatten • Buizen waarin deeltjes worden versneld (2) • Hoek van 0° tot 75° • Valluik mechanisme (3)

17. De botsingen De dataverzameling • Relatieve snelheid 0,4 ms-1 Temperatuur 300K • Relatieve snelheid 0,4 ms-1 Temperatuur 300K • Relatieve snelheid 0,4 ms-1 Temperatuur 300K • Relatieve snelheid 0,4 ms-1 Temperatuur 300K Relatieve snelheid 0,2ms-1 Temperatuur 300K

18. De botsingen De dataverzameling Relatieve snelheid 0,4 ms-1 Temperatuur 300K

19. De testresultatenOmgevingstemperatuur Omstandigheden • Warmere delen protoplanetaire schijf van 300K • Stofdeeltjes • Samengesteld uit SiO2 • Diameter 0,2-6mm • Snelheid 0,10-0,28 ms-1 • Is het traject van de deeltjes recht? • ∠φ = 0° ? φ

20. De testresultatenGenormaliseerd cumulatief aantal deeltjes in baan onder een hoek ≤ φ 0,5 bij φ = 0° Steile helling, dus een smalle verdeling Alle deeltjes Rechts Links

21. De testresultaten Cryogeen Omstandigheden • Buitenste delen protoplanetaire schijf • Afkoeling tot 80K • Opwarming naar 130K door vlucht naar het luchtruim • Experiment bij 130-180K • IJsdeeltjes • Verloop opwarming instrument in de tijd?

22. De testresultaten Cryogeen Opwarming - ~ 15Kh-1 Fluctuaties - Variërende gravitatie door parabolische vlucht

23. Conclusie Uitslag tests • Koelsysteem werkt voor cryogene temperaturen • Deeltjes worden recht afgevuurd met de juiste snelheid • Botsingen voor de camera • Instrument voldoet aan gewenste voorwaarden en kan worden gebruikt bij onderzoek naar planeetvorming