Динамические процессы в неидеальной пылевой плазме

• Автор: Храпак, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление.
Введение
Глава 1. Физика процессов в пылевой плазме
1.1 Образование и зарядка пылевых частиц
1.2 Силы, действующие на пылевые частицы
1.3 Взаимодействие между пылевыми частицами
1.4 Неидеальность пылевой плазмы и фазовые переходы
1.5 Экспериментальные исследования сильнонеидеальной пылевой плазмы
1.5.1. Плазменно - пылевой кристалл в радиочастотном разряде
1.5.2. Плазменно - пылевой кристалл в разряде постоянного тока
1.5.3. Упорядоченные структуры макрочастиц в термической плазме
1.5.4. Пылевая плазма, индуцированная УФ излучением
1.6. Выводы
Глава 2. Влияние стохастических флуктуаций зарядов на
динамическое поведение системы пылевых частиц в плазме
2.1. Модель стохастических флуктуаций зарядов пылевых частиц
2.2. Амплитуда и время корреляции флуктуаций
в различных типах плазмы
2.3. Нагрев системы пылевых частиц в плазме
за счет стохастических флуктуаций их заряда
2.4. Численное моделирование динамики системы пьшевых частиц в приэлектродном слое ВЧ
разряда с учетом стохастических флуктуаций заряда
2.5. Выводы 65 Глава 3. Неустойчивость пылезвуковых колебаний в
положительном столбе разряда постоянного тока
3.1. Низкочастотные колебания в пылевой плазме:
модификация ионного звука и пылевой звук
3.2. Экспериментальные результаты

3.3. Механизм неустойчивости пылезвуковых колебаний
в положительном столбе тлеющего разряда постоянного тока
3.4. Выводы 81 Глава 4. Динамика формирования упорядоченных структур
в термической плазме
4.1. Потенциал электростатического взаимодействия в термической плазме с макрочастицами
4.2. Экспериментальное исследование динамического
поведения пылевых частиц в термической плазме
4.3. Моделирование динамики формирования упорядоченных структур в термической плазме
4.4. Выводы
Заключение

Введение.
Пылевая плазма представляет собой ионизованный газ, содержащий частицы конденсированного вещества, которые либо самопроизвольно образуются в плазме в результате различных процессов, либо вводятся в плазму извне. Иногда эту плазму называют коллоидной или плазмой с конденсированной дисперсной фазой (КДФ). Наличие макроскопических частиц может существенно влиять на свойства плазмы. Нагретые до достаточно высокой температуры частицы, эмитируя электроны и заряжаясь положительно, могут значительно повысить концентрацию электронов в плазме. Аналогичный эффект может иметь место в условиях, где доминирующим процессом является фотоэмиссия или вторичная электронная эмиссия. Холодные частицы, наоборот, поглощают электроны из плазмы, заряжаются отрицательно и уменьшают концентрацию свободных электронов. Заряд пылевых частиц может бьггь также инициирован радиоактивностью материала частиц, или внешним источником радиации. Заряженные частицы взаимодействуют с электрическим и магнитным полями, а кулоновское взаимодействие между частицами может приводить к сильной неидеальности пылевой плазмы.
В лабораторных условиях пылевая плазма была впервые обнаружена Лэнгмюром ещё в 1920-х годах. Однако её активное исследование началось лишь в последние десятилетия в связи с целым рядом приложений, таких как электрофизика и электродинамика продуктов сгорания ракетных топлив, электрофизика рабочего тела магнитогидродинамических генераторов на твердом топливе, физика пылегазовых облаков в атмосфере [1-3]. Пыль и пылевая плазма широко распространены в космосе. Они обнаружены в планетных кольцах, хвостах комет, в межпланетных и межзвездных облаках [4-6]. Пылевая плазма обнаружена также вблизи искусственных спутников земли и в пристеночной области установок управляемого термоядерного синтеза [7, 8].
В последние годы повышенный интерес к изучению свойств пылевой плазмы связан с широким использованием технологий плазменного напыления и травления в микроэлектронике, а также при производстве тонких пленок и наночастиц [9]. Наличие частиц в плазме не только приводит к загрязнению поверхности изготавливаемого полупроводникового элемента и, тем самым, к увеличению

Рис. 1.5. Видеоизображение структур, образуемых заряженными микросферами из боросиликатного стекла: (а) - в двух соседних стратах (Давление около 0.5 Topp, разрядный ток 0.5 мА); (б) - после их слияния (Давление 0.4 Topp, разрядный ток 0.4 мА). Масштаб в правом углу рисунков соответствует 3 мм
п(г)Т0б мкм"2
Рис. 1.6. Оцифрованное изображение Рис. 1.7. Функция распределения для
горизонтального сечения упорядоченной
пылевой структуры, показанной на рис. 1.6.
пылевой структуры в страте положительного столба тлеющего разряда