ПЁхчхэЄрЎш

INSTITUTE
OF EXPERIMENTAL
AND THEORETICAL
PHYSICS
AL FARABI
KAZAKH NATIONAL
UNIVERSITY
О динамике пылевых частиц вблизи электрического
зонда в плазме тлеющего разряда .
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
результатами
расчетов
с
экспериментальными
• Разработка метода определения заряда пылевой частицы
Экспериментальная установка
Частицы, рассеянные от слоя
объемного заряда
Фотоизображение пылевых частиц,
левитирующих над слоем
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
d 2r
dU (r ) 2K0 p 2
2
2
2
2
M d 2  eZ d (r )



R
m
n
u


n
m
u

(
b

2
b
n n d
i i i s
c
 / 2 ln )
3
d
dt
dr
r
d
p 2 K 0 1/ 2
 2 (
)
dt
r
Md
где, U(r) – потенциал поля зонда в точке r,
K0 - начальная кинетическая энергия пылевой частицы, Md – ее масса,
p
- прицельный параметр.
[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
“Сила ионного увлечения ”
-
Fi  Fcoll  Fs  ni mi ui s (bc2  2b2 / 2 ln )
bc  Rd (1 

Rd – радиус пылевой частицы
mi – масса ионов
s – поверхностный потенциал частицы
ui – дрейфовая скорость ионов
Qd – заряд пылевой частицы
2qis 1/ 2
)
mis2
D2  b2 / 2
bc2  b2 / 2
b / 2 
eQd
4 0 mis2
1/ 2
 8k BTi
2
s  
 ui 

m
i


“ Сила торможения нейтралами ”
Fnd  Rd mnnnu 2d
2
10
0,8
0,7
8
0,6
6
0,5
n/n0

Распределение концентрации
электронов и ионов вблизи
цилиндрического зонда
Распределение потенциала
вблизи цилиндрического зонда
4
2
0,4
0,3
ni
0,2
ne
0,1
0
0,0
0
5
10
15
20
25
0
(r-Rp)/rd
5
10
15
(r-Rp)/rd
20
25
Сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными
данными
1) без учета силы ионного увлечения и силы
торможения нейтралами
2) 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)
Зависимость заряда частицы от расстояния по отношению к зонду
4000
3000
Zd
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
0
5
10
15
(r-Rp)/rd
20
25
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 !!!