Методы получения и свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме

• Автор: Рыков, Кирилл Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 105 с. : ил.

1.Глава 1. Обзор литературы
2.Глава 2. Получение положительно и отрицательно заряженных пылевых частиц
2.1. Расчеты методом Монте-Карло
2.2. Сравнение результатов моделирования с расчетом, проведенным по
аналитическому выражению для тока термоэмиссии
2.3. Экспериментальное определение электрического заряда нагретых пылевых
частиц
2.3.1. Экспериментальная установка
2.3.2. Обработка результатов эксперимента и их обсуждение
2.4. Получение отрицательно заряженных пылевых частиц
2.4.1. Описание экспериментальной установки
2.4.2. Измерение тока эмиссии электронов
2.4.3. Измерение заряда и времени пролета пылевой частицы в пучке
2.5. Основные результаты и выводы
3.Глава 3. Пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме, образованной источником
ионизрфующего излучения 252С{ при давлении буферного газа выше
атмосферного
3.1. Эксперимент
3.2. Определение плотности энерговклада в единицу времени источника
ионизирующего излучения 25^ в газовую среду
3.2.1. Экспериментальная установка
3.2.2. Потери энергии осколков деления
3.2.3. Определение толщины слоя источника осколков деления 252СГ
3.2.4. Плотность энерговклада в единицу времени осколков деления 252СГ в
газовую среду
3.2.5. Плотность энерговклада в единицу времени альфа-частиц в газовую
среду
3.3. Обсуждение результатов
3.4. Основные результаты и выводы
4.Глава 4. Пылевые структуры в плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя
ЭГ-2,5
4.1. Эксперимент
4.1.1. Экспериментальная установка
4.1.2. Экспериментальные ячейки
4.2. Результаты экспериментов
4.2.1. Экспериментальная ячейка цилиндрической формы
4.2.2. Компактная пылевая структура. Ячейка с горизонтальными
электродами
4.2.3. Экспериментальная ячейка кубической формы
4.2.3.1. Фоновое движение пылевых частиц
4.2.3.2. Спиральные вихри
4.2.3.3. Пылевой тор
4.2.3.4. Плотные вихревые облака и кольца при малых давлениях
буферного газа
4.2.3.5. Пространственно-временная эволюция плотного пылевого
облака
4.2.3.6. Структуры в приосевой области пучка
4.2.3.7. Пылевой кристалл
4.3. Обсуждение результатов
4.4. Основные результаты и выводы
Заключение
Список используемых источников
Актуальность работы
® Пылевые частицы с характерными размерами от сотых долей микрона до
десятков микрон широко распространены в природе. Они в значительных количествах присутствуют в земной атмосфере, в ближнем и дальнем космосе, участвуют в образовании газопылевых облаков, входящих в состав звездных систем, туманностей и галактик.
В технологических установках, использующих плазменные процессы, присутствие пылевых частиц часто играет негативную роль. Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные поиски путей, устраняющих вредное воздействие пылевых частиц, в частности, в установках термоядерного синтеза. С другой стороны, изучение поведения пылевых частиц в плазме может привести к разработке новых технологий, в которых пылевой компоненте отводится главная роль. Фундаментальные исследования пылевой плазмы и разработка основ технологического использования плазменно-пылевых структур относятся к актуальным проблемам физики [1]. Самоорганизация пылевой компоненты в плазме, содержащей специально внедренные частицы с микронными размерами, вызывает в настоящее время растущий интерес [2]. Количество публикаций по проблемам пылевой плазмы в научной печати возрастает от года к году. Это объясняется как необычными свойствами пылевой плазмы, так и возможностями проведения экспериментов, в которых можно визуально наблюдать процессы, приводящие к образованию упорядоченных структур жидкостного или кристаллического типа, и изучать их свойства. Эта среда, кроме плазменных частиц - электронов, ионов и
ф нейтральных атомов, содержит специально внедренные твердые частицы с
характерными размерами, лежащими в микронной области. Обычно подвижность электронов в плазме значительно превышает подвижность положительных ионов, частицы приобретают отрицательный электрический заряд, который по абсолютной величине может достигать сотен, тысяч и даже десятков тысяч единиц заряда электрона. Наступает сильное взаимодействие между пылинками - плазма становится неидеальной по пылевой компоненте. Пылевые частицы, постоянно подвергающиеся воздействию плазменных частиц, образуют открытую систему. Сильное взаимодействие между пылинками и открытость системы создают необходимые условия для самоорганизации пылевой компоненты в упорядоченные структуры жидкостного и даже кристаллического типа.

Таким образом, проведенные эксперименты свидетельствуют, что при повышении давления среды форма структур становится более шарообразной, основная часть структуры отрывается от подложки с источником 252СТ а их характерный диаметр уменьшается.
Кроме опытов с использованием стеклянной цилиндрической ячейки, которые описаны выше, проводились эксперименты с использованием большого стеклянного колпака с размерами: диаметр - 20 см и высота - 30 см. Принципиальная схема установки такая же, как и на рис.3.1. Под стеклянным колпаком из-за большего свободного пространства, чем в стеклянной ячейке, можно было устанавливать различные системы электродов. Кроме того, стенки камеры находятся на значительном удалении от наблюдаемой области, что исключает влияние стенок на поведение пылевой структуры.
При использовании конфигурации электродов и способа подачи на них напряжения, как показано на рис.3.6, после инжекции газопылевой смеси формируется пылевая структура, изображенная на рис.3.7. Над источником ионизирующего излучения 252СЇ образуется куполообразная пустота - воид. Кроме этого образуется торообразный воид над кольцеобразным электродом. Увеличение давления буферного газа до атмосферного приводит к увеличению и сливанию торообразного и куполообразного воидов. Расширение воида разделяет газопылевую смесь на центральную область, в которой пыль отсутствует, левую и правую области, содержащие газопылевую смесь. В крайних областях пыль совершает вращательное движение: против часовой стрелки в левой области и по часовой стрелки в правой.
Рис.3.6 Схема подачи напряжения на систему электродов расположенную в стеклянном
колпаке.