Зарядка макрочастиц и их взаимодействие друг с другом
Выше мы отметили только один вариант зарядки макро- частицы: макрочастица не эмиттирует, а электронная температура фоновой плазмы мала. При этих условиях макрочастица заряжается отрицательно. Если же под действием того или иного фактора частица начинает эмиттировать электроны (тер- моэмиссия, фотоэмиссия, вторичная электронная эмиссия при кТе > ?*), то макро- частица будет заряжаться положительно. Видно, что разнообразие электрического состояния пылевой плазмы велико, особенно если учесть, что можно комбинировать частицы с разными эмиссионными свойствами. В частности, условие квазинейтральности пылевой плазмы имеет, очевидно, вид (±)Z^en^ + ещ — епе = 0. Отсюда видно, что если пыль заряжена положительно, то она может связывать основ- ную часть электронов и таким образом сильно снижать проводимость. И наоборот. Если q < 0, то величину q можно оценить из простого соображения: "типичному электрону" (последнему!) должно хватить кинетической (тепловой) энергии, чтобы достичь уже заряженную макрочастицу. Иными словами, т. к. кТе ~ qe/b, то Zd ~ ^. G.7.4) Из этой оценки и следуют указанные выше значения Zd. 7.7. Пылевая плазма 415 Поле каждой частицы окружено экранирующим слоем, которое и описывается на расстоянии г >го обычным "потенциалом Юкавы" • = — exp г НУ- TD = G.7.5а) Однако на больших расстояниях, из-за неравновесного распределения ионов потен- циал может убывать медленнее, например, <?~^. G.7.56) Взаимодействие макрочастиц. Ситуация с взаимодействием макрочастиц до- статочно сложная. Дело в том, что, благодаря большим размерам, макрочастицы достаточно сильно экранируют потоки ионов, идущие к соседним частицам, и в ре- зультате между удаленными макрочастицами возникают силы притяжения. Поэтому потенциальная энергия двух частиц имеет яму. Эта особенность приводит к тому, что здесь можно говорить о разных фазовых состояниях совокупности макрочастиц: - "газообразном", когда положение частиц нескоррелировано друг с другом; - "жидком" — когда имеется сильная корреляция только на близких расстояниях; - "твердом" ("кристаллическом") — когда корреляция имеет место на значитель- ном расстоянии. Возможность существования разных фазовых состояний облака макрочастиц в плазме можно связать с большими значениями коэффициентов неидеальности, которых в пылевой плазме kTd к = (nxJ*\d -1 G.7.6) Численное моделирование показало, что "кристаллизация" наступает при К • lg Г ^ 4. Рис. 7.7.1. "Кристалл" из пылевых частиц: ти- пичное видеоизображение горизонтального сече- ния упорядоченной структуры частиц, получен- ной в приэлектродной области ВЧ-разряда. Пока- зана область 6,1 х 4,2 мм2, содержащая 392 ча- стицы диаметром 6,9 мкм. Представленная струк- тура имеет гексагональную решетку Экспериментально поведение макрочастиц особенно хорошо наблюдать в ем- костном ВЧ-разряде (рис. 7.7.1). Оказалось, что особенно четко кристаллизация проявляется в расположении частиц в горизонтальных плоскостях. Что же касается расположения вдоль вертикали (большую роль играет сила тяжести), то частицы вы- страиваются строго одна за другой. При повышении температуры плазмы "кристалл" переходит в "жидкое" состояние, а затем и в "газ".
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Зарядка макрочастиц и их взаимодействие друг с другом» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
