Взаимодействие между пылевыми частицами в слабоионизованной газоразрядной плазме

• Автор: Лисин, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ПЫЛЕВЫМИ ЧАСТИЦАМИ В КОМПЛЕКСНОЙ ПЛАЗМЕ

1.1 Электростатический потенциал вокруг пылевой частицы в плазме

1.1.1 Изотропная плазма

1.1.1.1 Модель экранированного кулоновского потенциала

1.1.1.2 Пространственная асимптотика потенциала в бесстоюювительной плазме. Роль ионного поглощения

1.1.1.3 Влияние столкновений ионов на форму потенциала

1.1.1.4 Анализ пространственного распределения потенциала в изотропной слабостолкновителыюй плазме

1.1.2 Неизотропная плазма

1.1.2.1 Бесстокновительная плазма

1.1.2.2 Влияние столкновений и поглощения ионов на форму потенциала
1.2 Различные механизмы межчастичного взаимодействия
1.2.1 Электростатическое взаимодействие. Парное приближение
1.2.2 Теневое взаимодействие
1.2.2.1 Ионное теневое взаимодействие (эффект Лесажа).'
1.2.2.2 Термофоретическое взаимодействие
1.2.2.3 Сравнение теневых эффектов
1.2.3 Взаимодействие в кильваторном следе
1.2.4 Диполь-дипольное взаимодействие
1.2.5 Заряд-квадрупольное взаимодействие в условиях микрогравитации
1.2.6 Взаимодействие положительно заряженных частиц
1.3 Экспериментальные исследования взаимодействия между пылевыми
частицами в плазме
1.3.1 Методы диагностики пылевой компоненты плазмы
1.3.2 Исследования парного взаимодействия, основанные на динамическом возмущении исследуемой пылевой системы
1.3.2.1 Столкновение двух пылевых частиц
1.3.2.2 Лазерное возмущение системы
1.3.2.3 Использование тяжелой зондовой частицы
1.3.3 Анализ взаимодействия между пылевыми частицами в невозмущенных плазменно-пылевых системах
1.3.3.1 Неидеальность пылевой плазмы
1.3.3.2 Экспериментальный анализ характерной энергии парного взаимодействия
1.3.3.3 Интегральные уравнения статистической физики
1.3.3.4 Решение обратной задачи Ланжевена
1.4 Выводы по первой главе
Глава 2. РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ЛАНЖЕВЕНА (численное моделирование)
2.1 Применение метода молекулярной динамики для моделирования транспортных процессов в пылевой плазме
2.1.1 Методы моделирования динамики пылевых частиц
2.1.2 Уравнения движения макрочастиц
2.1.2.1 Ограниченная пылевая система
2.1.2.2 Пространственно неограниченная система
2.1.2.3 Интегрирование уравнений движения и время установления динамического равновесия
2.1.3 Моделирование стохастических процессов
2.1.4 Параметры масштабирования уравнений движения
2.2 Результаты численного моделирования и их обсуждение
2.2.1 Моделирование динамики взаимодействующих частиц (Параметры численной задачи)
2.2.2 Метод решения обратной задачи
2.2.3 Результаты решения обратной задачи
2.2.3.1 Случай двух частиц в поле ловушки
2.2.3.2 Ограниченная система, состоящая из множества частиц
2.2.3.3 Протяженная система пылевых частиц
2.2.3.4 Моделирование притяжения
2.3 Выводы но второй главе
Глава 3. КРИТЕРИИ КОРРЕКТНОГО РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ЛАНЖЕВЕНА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В ЛАБОРАТОРНОЙ ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ
3.1 Условия численного решения обратной задачи Ланжевена
3.1.1 Пространственный диапазон
3.1.2 Продолжительность эксперимента
3.1.3 Диссипативное условие
3.2 Условия диагностики пылевых систем в лабораторной плазме
3.2.1 Метод визуализации
3.2.2 Технические параметры используемых систем видеонаблюдения
3.3 Особенности корректного решения обратной задачи для условий реальных лабораторных экспериментах
3.3.1 Временное и пространственное разрешение
3.3.2 Визуализация части пылевого облака
3.3.3 Наличие дополнительной степени свободы пылевых частиц
3.3.4 Проверка результатов решения обратной задачи
3.4 Выводы по третьей главе
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ПЫЛЕВЫМИ ЧАСТИЦАМИ В ЛАБОРАТОРНОЙ ПЛАЗМЕ ВЧ- РАЗРЯДА
4.1 Условия экспериментов
4.1.1 Описание экспериментальной установки
4.1.2 Наблюдения пылевых структур
4.2 Анализ экспериментальных данных методом, основанным на решении обратной задачи Ланжевена
4.2.1 Результаты восстановления сил парного взаимодействия
4.2.2 Результаты определения параметров ловушки
4.3 Результаты измерения физических характеристик исследуемых пылевых систем независимыми методами диагностики
4.3.1 Первичная обработка экспериментальных данных
4.3.2 Определение параметров пылевой подсистемы методом, основанным на анализе процессов массопереноса на малых временах наблюдения
4.3.3 Результаты решения гиперцепного интегрального уравнения
4.4 Обсуждение экспериментальных результатов
4.4.1 Сравнение полученных экспериментальных данных с результатами измерений независимыми методами и численными/теоретическими данными
4.4.2 Обсуждение результатов восстановления сил межчастичиого взаимодействия и параметров удерживающего потенциала
4.5 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

основаны на измерениях их собственного излучения, или на регистрации ослабления и рассеяния света внешнего источника [116—118]. Такие методы, в большинстве своем, предполагают решение обратных задач теории рассеяния и используют для определения неизвестных параметров оптически тонкой среды теорию Ми и закон Бугера-Ламберта-Бэра [119, 120]. Однако в условиях реальных экспериментов, плотность частиц может быть достаточно высока, чтобы влиять как на интенсивность их собственного излучения, так и на перенос излучения от внешнего источника, используемого для диагностики дисперсной среды. Поэтому результаты таких измерений часто нуждаются в коррекции, учитывающей многократное перерассеяние света [118, 121, 122]. Следует также отметить, что наличие пространственного порядка в пылевой системе может приводить к появлению дифракционной картины (максимумов) для интенсивности рассеянного оптического излучения [123]. Такие измерения можно использовать для изучения структурной упорядоченности пылевой плазмы, в том случае, если применения метода визуализации макрочастиц оказывается невозможным по причинам, указанным выше.
Поскольку пылевые частицы являются достаточно большими для эффективного рассеяния света, несмотря на малую объемную долю фракции, то, в отличие от обычных атомарных жидкостей и газов, пылевые частицы могут быть по отдельности зарегистрированы видеокамерой и другими оптическими приборами [124]. Метод визуализации даёт нам уникальную возможность узнать микросостояние нашей системы и изучить её на кинетическом уровне. Прямые измерения парных, трехчастичных, корреляционных и автокорреляционных функций, распределений по скоростям, функций эволюции массопереноса, структурных факторов, концентраций дефектов и т.п. недоступны для большинства конденсированных сред, оказываются легко реализуемыми для плазменнопылевой системы. Это позволяет проверять многие законы статистической физики (суперпозиционное приближение, соотношение Грина-Кубо, применимость теоремы Лиувилля и уравнений Ланжевена).