Исследование отбора полидисперсных частиц по размеру и форме в плазменно-пылевых ловушках в тлеющем разряде

• Автор: Ермоленко, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР РАБОТ ПО ИЗУЧЕНИЮ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПЫЛЕВЫХ СТРУКТУР, ЛЕВИТАЦИИ И АГЛОМЕРАЦИИ ПЫЛЕВЫХ ГРАНУЛ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Динамика уединенных частиц и условия левитации
1.2 Создание объемных структур и монослоев. Влияние сорта газа и особенности порошков на пылевые структуры
1.3 ППС при неравномерном выделении тепла
1.4 0 сепарации пылевых частиц. Применение магнитных частиц
1.5 Постановка задачи
ГЛАВА 2. МЕТОД СБОРА И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ ИЗ РАЗРЯДНЫХ КАМЕР. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО РАЗМЕРАМ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР
2.1 Конструкция разрядной камеры и метод извлечения частиц
2.2 Обработка изображений частиц. Результаты распределения по размерам для микросфер
2.3 Интерпретация результатов
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТБОРА ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ КВАРЦА В ПЫЛЕВЫХ ЛОВУШКАХ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ В СТРАТАХ
3.1 Предварительные эксперименты и подготовка полидисперсных порошков
3.2 Результаты сепарации по размеру и форм-фактору для частиц произвольной формы в стратах
3.3 Интерпретация
3.4 Объяснение формирования сложных структур

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПЫЛЕВОЙ СТРУКТУРЫ, СФОРМИРОВАННОЙ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ В ЛОВУШКЕ НАД
НИЖНЕЙ СТЕНКОЙ РАЗРЯДНОЙ ТРУБКИ
4.1 Создание структуры в ловушке над нижней стенкой трубки
4.2 Отбор частиц в ловушке над нижней стенкой трубки
4.3 Свойства структуры в ловушке над нижней стенкой трубки
4.4 Тлеющий разряд как сепаратор полидисперсных частиц
ГЛАВА 5. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЬ1Х ЧАСТИЦ В ПЫЛЕВОЙ
ПЛАЗМЕ. РЕГИСТРАЦИЯ СОБСТВЕННОГО ВРАЩАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР
5.1 Экспериментальная установка и оптическая система
5.2 Метод координатной развертки
5.3 Результаты наблюдения вращения
5.4 О причинах собственного вращения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Упорядоченные образования в пылевой плазме, или плазменно-пылевые структуры были впервые получены в первой половине 90-х годов [1-3]. В последующие годы число публикаций по данной тематике экспоненциально росло. На сегодняшний день физика комплексной (пылевой) плазмы представляет собой достаточно новую и бурно развивающуюся область знаний. Область исследований простирается от астрофизических объектов до технологических приложений в субмикронном и наноразмерном диапазонах в энергетике, но основными являются фронтальные фундаментальные исследования. Авторами многих работ было отмечено влияние пылевой компоненты на свойства газового разряда, работу энергетических установок, необходимость её учёта в некоторых технологических процессах. Значение комплексной плазмы в современной физике отражено в ряде обзоров и монографий, в частности [4-20].
Левитирующие в плазме заряженные пылевые гранулы являются телами конечных размеров. Они могут обладать значительными зарядами, до миллиона элементарных. Для поддержания стационарного заряда пылинок, на их поверхность идет непрерывный поток плазменных частиц. Действие такого потока сравнимо с действием электрических полей. Следствием этого является сильная диссипативность пылевой подсистемы, её способность к самоорганизации. Взаимодействие между пылевыми частицами происходит на расстояниях, превышающих обычную длину экранирования. Существуют несколько теоретических обоснований механизмов притяжения между одноименно заряженными гранулами. Например, оно может быть вызвано нелинейностью экранировки или вследствие результата воздействия коллективных потоков. Для проверки адекватности предлагаемых моделей необходимы экспериментальные исследования. Особенно актуальным изучение пылевой плазмы представляется потому, что она является объектом междисциплинарных исследований, объединяющих физику плазмы, оптику,

Контейнер с засыпным порошком помещался в левом горизонтальном отростке, имел вытянутую форму, что позволяло располагать его в отростке, не вводя в область разряда. Применялись полидисперсные полые микросферы диаметром от 10 до 120 мкм и плотностью 0.1 - 0.4 г/см3, и полидисперсные частицы кварца. На торце контейнера крепилась сетка, размер ячеек которой подбирался под размер рабочего порошка. Инжекция порошка в разряд производилась путём встряхивания контейнера при помощи магнита. Откачка разрядной камеры производилась форвакуумным насосом. Камера наполнялась рабочим газом: N6, воздух, их смеси в различных пропорциях.
Эксперимент проводился следующим образом. При выбранных условиях зажигался разряд, в него инжектировались пылевые частицы. Некоторое их количество зависало в ловушках, что наблюдалось визуально при подсветке. Под собираемую пылевую структуру подводилось устройство для сбора частиц. Далее, пылевая структура обрушивалась путём гашения разряда. Процесс падения пылевых гранул и попадания их на поверхность собирающего устройства контролировался съемкой на видеокамеру, см. Рис.11. Собранные таким образом частицы вместе с устройством извлекались из разрядной камеры через кран в правом нижнем горизонтальном отростке. Число попадавших на стекло частиц в одном эксперименте составляло несколько тысяч.