Неустойчивости и процессы зарядки в слабоионизованной столкновительной пылевой плазме

• Автор: Грач, Вероника Савельевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. ИСХОДНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ СТОЛКНОВИТЕЛЬ-НОЙ СЛАБОИОНИЗОВАННОЙ ПЛАЗМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПЫЛЕВУЮ (АЭРОЗОЛЬНУЮ) КОМПОНЕНТУ

2. ВОЗМУЩЕНИЕ СТОЛКНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАЗМЫ СТО-

РОННИМИ ТЕЛАМИ В ПОСТОЯННОМ ВНЕШНЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

2.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ПРИБЛИЖЕНИЯ ................................. : . . .

2.2. СТРУКТУРА САМОСОГЛАСОВАННОГО ПОЛЯ И ОБЛАСТЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА

2.3. ОБЩИЙ АНАЛИЗ УРАВНЕНИЙ

2.4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ В РАЗЛИЧНЫХ ПРЕДЕЛЬНЫХ СЛУЧАЯХ

2.5. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ

2.6. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЧАСТИЦУ
2.7. ВОЗМУЩЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ОСИ ТРУБКИ ТОКА
2.8. ЭНЕРГИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДВУХ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ
2.9. ВЫВОДЫ
3. КИНЕТИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ПОТОКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ГРОЗОВОМ ОБЛАКЕ
3.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ВЫВОД ДИСПЕРСИОННОГО УРАВНЕНИЯ
3.2. АНАЛИЗ ДИСПЕРСИОННОГО УРАВНЕНИЯ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ПРИБЛИЖЕНИИ
3.2.1. ПРИБЛИЖЕННЫЕ РЕШЕНИЯ ПРИ МАЛОЙ ПРОВОДИМОСТИ
3.2.2. РАСЧЕТ ИНКРЕМЕНТА ПРИ ПРОИЗВОЛЬНОМ ЗНАЧЕНИИ ПРОВОДИМОСТИ
3.3. АНАЛИЗ ДИСПЕРСИОННОГО УРАВНЕНИЯ С УЧЕТОМ РАЗБРОСА ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ

3.3.1. УПРОЩЕНИЕ ДИСПЕРСИОННОГО УРАВНЕНИЯ
3.3.2. ПОРОГ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
3.3.3. РАСЧЕТ ИНКРЕМЕНТА КИНЕТИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
3.4. ОБСУЖДЕНИЕ
3.5. ВЫВОДЫ
4. НЕУСТОЙЧИВОСТИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПОТОКОВ В МЕЗОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ С УЧЕТОМ ПРОЦЕССОВ ЗАРЯДКИ КРУПНЫХ ЧАСТИЦ
4.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ВЫВОД ДИСПЕРСИОННОГО УРАВНЕНИЯ
4.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕЗОСФЕРЫ
4.3. НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ПЫЛЕЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
4.3.1. ПОРОГ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
4.3.2. ИНКРЕМЕНТ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
4.4. НЕУСТОЙЧИВОСТЬ «ЗАРЯДОВОЙ» МОДЫ
4.5. ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ „.
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время активно исследуются различные процессы в пылевой (аэрозольной или комплексной) плазме. Пылевая плазма (dusty plasma), в отличие от обычной плазмы, содержит не только молекулы нейтрального газа, электроны и ноны, но и крупные заряженные частицы субмикронного и микронного размера (пылевая, или аэрозольная компонента). Пылевые частицы могут как преднамеренно вводиться в плазму (в лабораторных условиях), так и образовываться самопроизвольно (в естественных средах). Зарядка пылевых частиц происходит вследствие разнообразных физических процессов [1-17], таких как оседание фоновых плазменных электронов и ионов на частице, фотоэлектронная и теплоэлектронная эмиссия, эмиссия вторичных электронов, контактная электрификация и т.д. Зарядка пылевых частиц является дополнительным (в общем случае — нестационарным) процессом в пылевой плазме, и именно это отличает пылевую плазму от обычной мультикомпонентной плазмы с двумя видами ионов. Пылевая компонента существенно увеличивает сложность системы, отсюда и происходит термин «комплексная плазма».
Пылевая плазма широко распространена в космосе, она присутствует в планетных кольцах, хвостах комет, в межпланетных и межзвездных облаках [18-26], она также обнаружена вблизи искусственных спутников Земли и космических аппаратов [23, 27-31].
В мезосфере Земли на высотах 80 Ч- 95 км присутствуют частицы метеоритной пыли. Предполагается, что при низкой температуре, характерной для летней мезопаузы, на таких частицах возможен рост ледяных кристаллов, и получившиеся крупные частицы заметно влияют на баланс заряда в этой области [32-34]. Присутствие заряженных частиц в полярной летней мезопаузе играет важную роль во всех гипотезах, объясняющих такое явление, как летнее полярное мезосферное эхо — сильные отклики радарных сигналов от летней мезопаузы на высотах 80 -г 93 км [35, 36]. Недавно наличие заряженной «пыли» в мезосфере было подтверждено прямыми измерениями с помощью ракетных зондов [37-41]; были обнаружены как положительно, так и отрицательно заряженные пылевые частицы. Роль заряженной «пыли» в формировании электрических полей в мезосфере также обсуждалась в работе [42].
Среды, подобные пылевой плазме, встречаются и в других областях

выполнении неравенств (2.10) поле Ер, создаваемое пространственным зарядом, мало по сравнению с внешним полем (|Ер| <С [Ео |), т.е. все значительные отличия самосогласованного поля от внешнего определяются зарядами на поверхности проводящего тела и, следовательно, локализованы в области с размерами порядка радиуса а в окрестности тела.
Для отыскания структуры самосогласованного поля в ближней окрестности тела, следуя работе [100], будем полностью пренебрегать полем пространственного заряда. В этом случае удовлетворить граничным условиям электродинамики на поверхности идеально проводящего тела можно, если представить поле вне тела в виде суперпозиции внешнего поля Ео, ноля точечного диполя р = а3Ео, помещенного в центре тела, и поля неизвестного точечного заряда СД, помещенного также в центре тела (заряд будет найден при дальнейшем решении задачи из условия равенства нулю полного тока, текущего к телу):
Е = Ео + Ер + Ец;
Ер = Щ = (2'п)
где г — радиус-вектор, проведенный в точку наблюдения из центра шара. В таком рассмотрении мы пренебрегаем мультипольными моментами высших порядков на теле, считая что их влияние мало по сравнению с влиянием заряда и дипольного момента. Их учет приведет, скорее всего, к некоторому количественному изменению полученной величины заряда на частице. Силовые линии, соответствующие нолю (2.11) и совпадающие с траекториями заряженных частиц в плазме, в сферической системе координат описываются уравнением [100]:
[^(“)2 + -]вт д2 - С^лсозв = Е, (2.12)
2 а г
где полярный угол в отсчитывается от направления внешнего поля Ео, <2 а — Я/(&2Ео) — нормированный заряд на теле, а постоянная интегрирования Е определяет выбор траектории.
Структура силовых линий самосогласованного поля существенно зависит от величины нормированного заряда (За- В частности, если |С}( | > 3, то во всех точках поверхности тела силовые линии либо заканчиваются (при (За < 0), либо начинаются (при > 0). В этом случае на тело могут попасть только частицы, имеющие заряд, противоположный заряду тела по знаку, а частицы с одноименным телу зарядом его обтекают (см. рис. 2.1а). Соответственно, полный ток, текущий на тело,