эффективный заряд пылинки в разряде постоянного тока

XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 12 – 16 февраля 2007 г.
ЭФФЕКТИВНЫЙ ЗАРЯД ПЫЛИНКИ В РАЗРЯДЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
С.А. Майоров, *А.Д. Усачев, *А.C. Зобнин, *O.Ф. Петров, *В.Е. Фортов
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва, 119991, Россия
*
Институт теплофизики экстремальных состояний РАН, Moсква, Россия
В работе выполнен анализ экспериментов по измерению заряда пылинки в разряде
постоянного тока [1], в которой заряды большой и маленькой пылинок определялись на
основе анализа их траекторий.
Методом частиц в ячейке (PIC - метод) рассмотрена задача зарядки пылинки с учетом
разогрева ионов в электрическом поле разряда. При моделировании особое внимание
уделено корректному учету ион-атомных столкновений, влиянию электрического поля на
среднюю кинетическую энергию ионов (эффективную температуру ионов) и формированию
облака связанных положительных ионов вокруг отрицательно заряженной пылинки [2, 3].
При учете всех этих факторов получено хорошее согласие расчетных и экспериментальных
данных заряда пылинки. Экспериментальные данные из работы [1] и результаты
моделирования приведены в Таблице.
Pa , Pa, давление неона в газовом разряде [1]
-Q/e, заряд пылинки, определенный в эксперименте [1]
-Q/e, эффективный заряд пылинки – расчет PIC
-Q/e, заряд на пылинке – расчет PIC
Q/e, заряд облака связанных ионов – расчет PIC
Teff , К, эффективная температура ионов – расчет PIC
20
30
50
1800
1820
2170
350
544
1500
1511
1813
302
424
1150
1293
1560
267
349
Анализ численных результатов и сравнение их экспериментальными данными позволяют
сделать следующие выводы:
1)
в экспериментах по исследованию свойств плазменно-пылевых структур их
характеристики не могут быть корректно определены без учета редких
столкновений ионов;
2)
эффективный пылинки, определяющий взаимодействие пылинок между собой и с
потоком, должен включать заряд связанных ионов, которые находятся на финитных
орбитах;
3)
в условиях типичных экспериментов с пылевой плазмой нельзя пренебрегать
влиянием электрического поля на формирование эффективной ионной
температуры, заметно отличающейся от температуры атомов. На формирование
этой температуры оказывают заметное как столкновения с резонансной
перезарядкой, так и обусловленные поляризационным взаимодествием иона с
атомом.
Авторы благодарят Российский Фонд Фундаментальных Исследований (проекты 05-0216796-а, 06-02-17520-а, 06-08-01554-а) и Нидерландское научное общество NWO (проект
047.016.020) за финансовую поддержку работы.
Литература
[1]. V.E. Fortov, O.F. Petrov, A.D. Usachevl, and A.V. Zobnin // Phys. Rev. E. 70, 046415
(2005).
[2]. С.А. Майоров // Физика плазмы. Т. 31, №8, с.749 (2005).
[3]. С.А. Майоров // Физика плазмы. Т. 32, №9, с.802 (2006).
1