Аномальная кинетическая энергия пылевых частиц в плазме газового разряда


Просмотр статьи
PDF, 1,2 МБ

Abnormal kinetic temperature of charged dust particles in plasmas

A mechanism of the increase of the average kinetic energy of charged dust particles in gas discharge plasmas is suggested. Particle charge fluctuation is the reason for the appearance of forced resonance, which heats vertical oscillations. The energy transfer from vertical oscillations to the horizontal ones is based on the parametric resonance. It arises because of the overlapping of the eigenfrequency range of the horizontal oscillations in a dust particle cluster with the eigenfrequency range of particle vertical oscillations in near-electrode plasmas. The combination of the parametric resonance and the forced resonance explains the high kinetic temperature of dust particles. The theoretical assumptions are confirmed by simulation of dust particles motion in the near-electrode layer plasma of gas discharge. The estimated frequency, amplitude and kinetic energy are close to the experimental values.

Генри Эдгарович Норман, В. В. Стегайлов, А. В. Тимофеев

Том 11, 2011 год



Предложен механизм увеличения средней кинетической энергии пылевых частиц в газоразрядной плазме. Показано, что флуктуации заряда вызывают резонансные явления, которые разогревают вертикальные колебания пылевых частиц. Механизм передачи энергии от вертикальных колебаний к горизонтальным основан на явлении параметрического резонанса. Он возникает из-за пересечения диапазона собственных частот горизонтальных колебаний пылевых частиц с диапазоном собственных частот вертикальных колебаний пыли- нок в приэлектродном слое газового разряда. Комбинация параметрического и вынужденного резонансов позволяет объяснить аномально высокие значения кинетической энергии пылевых частиц. Оценки частоты, амплитуды и кинетической энергии пылевых частиц близки к экспериментальным значениям.

газоразрядная плазма, кинетическая энергия, пылевые частицы, параметрический резонанс

Генри Эдгарович Норман, В. В. Стегайлов, А. В. Тимофеев

Том 11, 2011 год



1. Fortov V. E., Khrapak A. G., Khrapak S. A., Molotkov V.I., Petrov O. F. // Phys. Usp. 2004. V. 47. P. 447.
2. Tsytovich V.N., Morfill G.E., Vladimirov S.V., Thomas H.Elementary physics of complex plasmas. Springer. 2008.
3. Shweigert V.A., Shweigert I.V., Melzer A., Homann A.,Piel A. // Phys. Rev. E. 1996. V. 54. N. 4. P. 4155.
4. Ivanov Y., Melzer A. // Phys. of Plasmas. 2005. V. 12. P.072110.
5. Melzer A., Homann A., Piel A. // Phys. Rev. E. 1996. V.53.N. 3. P. 2757.
6. Shweigert V.A., Shweigert I.V., Nosenko V., Goree J. //Phys. of Plasmas. 2002. V. 9. N. 11. P. 4465.
7. Quinn R.A. and Goree J. // Physics of Plasmas. 2000. V. 7.N. 10. P. 3904.
8. Samarian A.A., James B.W., Vladimirov S.V., and Cramer N.F. // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 025402(R).
9. Zhakhovskiĭ V. V., Molotkov V. I., Nefedov A. P., et al. //JETP Lett. 1997. V. 66. P. 419.
10. Quinn R.A. and Goree J. // Phys. Rev. E. 2000. V. 61. N.3. P. 3033.
11. Nunomura S., Misawa T., Ohno N., and Takamura S. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 1970.
12. Hiroo Totsuji, Chieko Totsuji, Kenji Tsuruta // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 066402.
13. Samsonov D., Zhdanov S. K., Quinn R. A., Popel S. I., and Morfill G. E. // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 255004.
14. Shweigert V.A., Bedanov V. M., Shweigert I.V., Melzer A., Homann A., Piel A. // JETP 1999. V. 88. N. 3. P. 482.
15. Vaulina O.S, Repin A. Yu., Petrov O. F. and Adamovich K. G. // JETP. 2006. V. 102. N.6. С. 986-997.
16. U. de Angelis, Ivlev A.V., Morfill G.E., Tsytovich V.N. // Phys. of Plasmas. 2005. V. 12. P. 052301.
17. You-Nian Wang, Lu-Jing Hou, Xiaogang Wang // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89. N. 15. P. 155001.
18. Ivlev A.V., Konopka U. and Morfill G. // Phys.Rev. E. 2000. V. 62. N. 2. P. 2739.
19. Nitter T. // Plasma Sources Sci. Tehnol. 1996. V. 5. P. 93-111.
20. Khrapak S.A., Nefedov A.P., Petrov O.F., Vaulina O.S. // Phys. Rev. E. 1999. V. 59. N. 5. P. 6017.
21. Cui C. and Goree J. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1994. V. 22.P. 151.
22. Couedel L., Samarian A.A., Mikikian M., Boufendi L. // EPL. 2008. V. 84. P. 35002.
23. Vladimirov S.V., Cramer N.F. // Phys.Rev. E. 2000. V. 62. N. 2. P. 2754.
24. Vaulina O. S., Samaryan A. A., James B., et al. // JETP. 2003. V. 96. P. 1037.
25. Rayzer Yu. P., Shneyder M. N., Yacenko N. A. Vysokochastotnyi emkostnoy razryad. M.: Izd-vo Mosc. Fizikotehnicheskogo instituta, Nauka-Fizmatlit. 1995. In Russian.
26. Landau, L. D., Lifshitz, E. M. 1987. Course of Theoretical Physics. V. 1. Mechanics 2nd Ed. Pergamon Press.
27. Rabinovich M.I., Trubetskov D.I., Oscillations and Waves in Linear and Nonlinear Systems. Kluver Academic Publishers. 1989.