О динамике пылевых частиц вблизи электрического

зонда в плазме тлеющего разряда .

INSTITUTE

OF EXPERIMENTAL

AND THEORETICAL

PHYSICS

AL FARABI

KAZAKH NATIONAL

UNIVERSITY

Усенов Е.А. , Досболаев М.К, Бастыкова Н.Х.,

Коданова С.К., Рамазанов Т.С,Джумагулова К.Н.

НИИЭТФ, Казахский Национальный Университет имени аль-Фараби,

Алматы, Казахстан

Цель работы :

• Исследование процессов, происходящих при взаимодействии

пылевых частиц с зондом

• Экспериментальное определение траекторий частиц при разных

значениях давления в разрядной трубке

• Разработка теоретической модели движения пылевой частицы в

возмущенной области вблизи зонда с учетом силы ионного

увлечения и силы торможения нейтралами

• Сравнение численных расчетов с экспериментальными

результатами

• Разработка метода определения заряда пылевой частицы

Экспериментальная установка

Фотоизображение пылевых частиц,

левитирующих над слоем

объемного заряда

Частицы, рассеянные от слоя

объемного заряда

Наблюдаемые процессы при взаимодействии

пылевых частиц с зондом

Видеоизображения траекторий пылевых частиц

Характерные траектории пылевых частиц

Давление в разрядной трубке

P = 0.1- 0.2 torr

Давление в разрядной трубке

P = 0.3 torr

Уравнения движения пылевых частиц вокруг зонда

222 2 2 20

/ 22 3

2( )( ) ( 2 ln )

d dd d n n i i i s c

K pd r dU rM eZ r R m n u n mu b b

dt dr r

1/ 20

2

2( )

d

Kd p

dt r M

где, U(r) – потенциал поля зонда в точке r,

- начальная кинетическая энергия пылевой частицы, Md – ее масса,

- прицельный параметр.

0K

p

[1] T.S. Ramazanov, S.K. Kodanova, O.F. Petrov, S.N. Antipov,

K.N. Dzhumagulova, M.K. Dosbolayev, A.N. JumabekovJ. Phys. A: Math. Theor.,

42,214026(2009)

Силы, действующие на пылевую частицу в плазме

)ln2( 2

2/

2 bbumnFFFcsiiiscolli

1/ 2

2

2(1 )i s

c d

i s

qb R

m

/ 2 2

04

d

i s

eQb

m

2 2

/ 2

2 2

/ 2

D

c

b

b b

1/ 2

28 B is i

i

k Tu

m

“ Сила торможения нейтралами ”

22

dunmRF nndnd

“Сила ионного увлечения ”

Rd – радиус пылевой частицы

mi – масса ионов

s – поверхностный потенциал частицы

ui – дрейфовая скорость ионов

Qd – заряд пылевой частицы

-

Распределение потенциала

вблизи цилиндрического зонда

0 5 10 15 20 25

0

2

4

6

8

10

(r-Rp)/r

d

0 5 10 15 20 25

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

n/n

0

(r-Rp)/rd

ni

ne

Распределение концентрации

электронов и ионов вблизи

цилиндрического зонда

Сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными

данными

1) без учета силы ионного увлечения и силы торможения нейтралами2) с учетом силы ионного увлечения и силы торможения нейтралами

Метод определения заряда пылевой частицы на основе

эспериментальных траекторий движения

[2] T.S. Ramazanov, K.N. Dzhumagulova, S.K.Kodanova, et al., EPL, 96, 45004 (2011)

0 5 10 15 20 25

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

Zd

(r-Rp)/rd

Зависимость заряда частицы от расстояния по отношению к зонду

Выводы:

• Изучена динамика пылевых частиц вокруг зонда. Было выполнено

определение траекторий отдельных частиц и визуальное наблюдение за слоем

объемного заряда.

•Результаты показали, что с увеличением давления в разрядной трубке влияние

зонда на траектории пылевых частиц увеличивается, наблюдаются большие

углы отклонения пылевых частиц от начальных траекторий и вращение

пылевых частиц вокруг зонда с последующим прилипанием на зонд

•Численные расчеты показали, что с ростом давления сила ионного увлечения

влияет сильнее силы торможения нейтралами и увеличивает притяжение

пылевых частиц к зонду. Численные и экспериментальные данные хорошо

согласуются друг с другом.

•На основе траекторий пылевых частиц вокруг зонда был разработан новый

метод определения заряда пылевой частицы.

Спасибо за внимание !!!