Структуризация цепочек пылевых частиц в газоразрядной плазме

Исследованы равновесные структурные параметры цепочки пылевых ча-стиц, левитирующей в гравитационном и электрическом полях. Для этого была использована численная модель, основанная на моделировании движения ионов во внешнем электрическом поле и поле отрицательно заряженных пылевых частиц, экранированных окружающим их объёмным зарядом. Заряды пылевых частиц определялись самосогласованно по потокам ионов и электронов к их поверхности, а положения пылевых частиц в цепочке определялись с учётом действующих на них сил: гравитационной силы, электростатической силы от внешнее электрическое поле, кулоновская сила отталкивания и электростатическая сила от объёмного заряда, индуцированного вокруг пылинок. Кроме того, изучалось влияние на структурные параметры цепочки силы ионного увлечения, определяемой аналитически.

С помощью разработанной модели, рассчитаны зависимости зарядов пылевых частиц и расстояний между ними от напряжённости электрического поля в случаях учёта и не учёта силы ионного увлечения. Показано, что заряд первой пылевой частицы в цепочке, как и общий заряд всей цепочки, линейно возрастают с увеличением внешнего электрического поля. Продемонстрировано влияние феномена разряжения второй и третьей пылинок за счёт электростатического линзирования. Разрядка происходит под действием дополнительного потока ионов за счёт искривления траекторий ионов потенциалом пылевых частиц в цепочке. Показано, что при некотором значении среднего электрического поля этот эффект достаточно значителен, чтобы заряд третьей пылинки был наименьшим из всех частиц в цепочке.

Показано, что аналитический учёт силы ионного увлечения не приводит к существенным изменениям в равновесных структурных параметрах цепочки пылевых частиц, а лишь к смещению цепочки как целого и уменьшению её длинны на 2-3%. 

Зависимости зарядов (слева) и межчастичных расстояний (слева) цепочки пылевых частиц от напряжённости внешнего электростатического поля,
измеренные с учётом и без учёта аналитической силы ионного увлечения.

Руководитель работы – к.ф.-м.н. Сальников М.В., тел. +7 (383) 333-10-95.