Аномальный разогрев движения пылевых частиц в плазме газового разряда

• Автор: Тимофеев, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 96 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Теория

1.1.1 Стохастические флуктуации заряда

1.1.2 Моделирование системы пылевых частиц

с флуктуирующими зарядами

1.1.3 Другие механизмы разогрева колебаний

пылевых частиц

1.2 Эксперимент

2 Система уравнений движения

3 Параметры сил, действующих на пылевые частицы
3.1 Базовые параметры системы
3.2 Зависимости членов уравнений от координат и времени
3.3 Итоговая система уравнений
4 Моделирование системы пылевых частиц
4.1 Модель
4.2 Вертикальная температура
4.3 Горизонтальная температура
4.4 Другие результаты
5 О применимости термина “температура”
5.1 Термин “температура”
5.2 Разделение на температуры подсистем

6 Теоретический анализ. Вертикальные и горизонтальные колебания
6.1 Вертикальные колебания
6.1.1 Вынужденные колебания
6.1.2 Параметрический резонанс
6.1.3 Нелинейные эффекты
6.1.4 Совместные эффекты
6.2 Горизонтальные колебания
7 Теоретический анализ. Связь вертикальных и горизонтальных колебаний
7.1 Система уравнений
7.2 Параметрический резонанс
7.3 Равновесие
8 Схема переноса энергии в плазменно-пылевой системе
9 Сравнение с экспериментом
9.1 Амплитуда колебаний пылевых частиц
9.2 Зависимость горизонтальной температуры от давления
9.3 Частота колебаний пылевых частиц
9.4 Кинетическая температура
Выводы
Литература

Введение
Диссертация посвящена численному и аналитическому исследованию структурных и динамических свойств системы пылевых частиц в плазме газового разряда в условиях разогрева движения пылевых частиц до аномально высоких кинетических энергий. Построена модель, описывающая движений пылевых частиц в монослое в плазме газового разряда с учётом флуктуаций заряда пылевых частиц и особенностей приэлектродного слоя разряда. Система пылевых частиц в плазме моделируется с использованием метода молекулярной динамики (МД). Получены зависимости средней кинетической энергии, параметра неидеальности, среднего межчастично-го расстояния системы пылевых частиц от параметров. Полученные результаты обобщены в виде аналитических соотношений. Исследованы процесс разогрева вертикального и горизонтального движения пылевых частиц, передача энергии между вертикальным и горизонтальным движением пылевых частиц, явление разделения температур вертикального и горизонтального движения, а также обсуждена правомерность использования термина ’’температура” для описания плазменно-пылевой системы.
Актуальность работы.
Пылевая плазма [1-3] широко распространена в природе (например, в космосе, в верхних слоях атмосферы), а также образуется в ряде технологических процессов (например, производство микроэлектроники, в термоядерных установках с магнитным удержанием). Пылевые частицы в плазме могу заряжаться потоками электронов и ионов, а также путём фото-, термо- или вторичной эмиссии электронов и приобретать значительный отрицательный или положительный электрический заряд. Такие заряженные частицы эффективно взаимодействуют как между собой, так и с внешними электрическими (или иными) полями. Совместное действие электрических сил с процессами диссипации кинетической энергии пылевых частиц в слабоионизированной плазме может приводить к формированию как квазистацио-

Глава
Параметры сил, действующих на
пылевые частицы.
Заряд пылевой частицы определяется потоками окружающей плазмой на поверхность пылинки, а окружающая плазма подвержена влиянию заряженной пылинки. В данной главе рассматривается зависимость заряда от времени и координат и зависимость электрического поля от расстояния до электрода. Обсуждается то, к каким уравнениям мы приходим, если учитывать и эти зависимости.
3.1 Базовые параметры системы.
В приэлектродном слое газового разряда электрического поле Е сильно зависит от вертикальной координаты г. Для рассматриваемых давлений' буферного газа электрическое поле зависит от вертикальной координаты линейно
где е' - нормированный градиент вертикальной компоненты электрического поля приэлектродного слоя газового разряда.
Заряд пылевой частицы не является фиксированной величиной, а определяется локальными параметрами плазмы вблизи частицы. При возмущениях последних её заряд также испытывает возмущения. В приэлектродном слое газового разряда концентрация электронов и концентрация ионов значительно меняются по высоте, что приводит к зависимости усреднённого по времени заряда частицы от высоты
Е{г) = Е0( 1 + е'г),
(3.1)
<5ед(-г) — <Эо(1 + Чхг + )>
(3.2)