зарядка частицы в плотном ионизованном газе

XXXVIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 14 – 18 февраля 2011 г.
ЗАРЯДКА ЧАСТИЦЫ В ПЛОТНОМ ИОНИЗОВАННОМ ГАЗЕ
П.В. Каштанов, Б.М. Смирнов
Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия,
kashtanovpv@gmail.com
Прилипание электронов и ионов к макроскопической частице, введенной в ионизованный
газ, приводит к ее зарядке, так что заряженная частица изменяет плотность электронов и
ионов вблизи частицы. В том случае, если нарушение плотности электронов и ионов
ионизованного газа вблизи заряженной частицы относительно слабое,
характер
распределения плотности электронов и ионов вблизи нее отвечает дебаевкому
экранированию, как это имеет место атомных или молекулярных ионов в идеальной плазме.
Ясно, что для макроскопической частицы распределение электронов и ионов вблизи частицы
отличается от дебаевского. Мы рассматриваем эту проблему для плотного ионизованного
газа, когда длина свободного пробега электронов и ионов в газе мала по сравнению с
радиусом частицы r0 >> λ.
Очевидно, распределение плазмы вблизи частицы определяется уравнением Пуассона,
дополнительными соотношениями, устанавливающими связь между плотностью электронов
и ионов, а также электрическим полем вблизи частицы. В последние годы появилось немало
работ, где используются определенные модельные предположения об этой связи без
обоснования их справедливости. Правильное соотношение для этих величин представлено
Н.А. Фуксом в его монографии, изданной в 1955 г [1]. Им использовано, что вблизи частицы
процессы ионизации и рекомбинации в плазме несущественны, что приводит к сохранению
потоков электронов и ионов на частицу. Это позволяет определить отдельно распределение
электронов и ионов вблизи заряженной частицы для заданного заряда частицы как
параметра, и тогда из равенства потоков электронов и ионов на частицу можно определить ее
заряд. Анализ теории Фукса показывает, что она справедлива при невысокой плотности
электронов и ионов. Критерий ее справедливости состоит в слабой экранировке заряда
частицы в той области, где распределение электронов и ионов отлично от дебаевского. Этот
критерий отвечает соотношению r0 >> rD, где rD – радиус Дебая-Гюккеля. В данной работе
мы обобщаем теорию Фукса на случай более высокой плотности электронов и ионов, когда
данный критерий нарушается.
Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (проект № 09-02-00108) и ФАНИ (ГК
№ 02.740.11.0569)
Литература
[1]. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Издательство АН СССР, 1955. 353 с.
1