Автореферат (1149459), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Наблюдалось азимутальное движение падающих пробных частиц в магнитномполе в областях разряда, находящихся на уровне торцов катушек внестратифицированном разряде, методом, опробованным в [15].Измерения проводились в трех областях, Рис.1: I – над нижней катушкой, II – подверхней катушкой и III – над верхней катушкой. Области были выбраны так, чтобыопределить то влияние, которое могут оказывать расходящиеся линии магнитного поляна торцах катушек со стороны анода (области I и III) и со стороны катода (область II).Непосредственно под областью I находилась сужающая разряд вставка. Длянаблюдений были выбраны условия, при которых отсутствует видимая стратификация,чтобы избежать неоднородности падения потенциала.
Эксперименты проводились варгоне при давлении 1.8 Торр и токе 1.6 мА. Использовались частицы ниобата литияразмерами 1 – 4 мкм.Рис.1. Схема установки. 1 – магнитные катушки; 2 – вставка,сужающая токовый канал; 3 – оптическое окно и светофильтрдля съемки сверху; 4 – анод; 5 – катод; 6 – контейнер счастицами. I, II, и III – области, в которых наблюдалосьазимутальное движение падающих частиц.Обнаружено, что в областях наблюдения падающие пробные частицы имеютазимутальное движение. Зависимости проекции угловой скорости от магнитного поляпредставлены на Рис.2.Проведено исследование влияния расходимости линий магнитного поля на торцахмагнитных катушек на вращательное движение плазменно-пылевых структур в стратахтлеющего разряда.В эксперименте измерялась угловая скорость вращения структур в первых трехстратах после вставки, сужающей разряд. Разрядная трубка устанавливалась такимобразом (перемещением вертикально внутри катушек), чтобы каждую страту припостоянном магнитном поле можно было наблюдать на разном расстоянии от верхнеготорца нижней катушки, Рис.1.
Измерялась угловая скорость ППС в каждой страте взависимости от расстояния h отсчитываемого от верхнего торца нижней катушки.Измерение угловой скорости было произведено для трех различных режимоввключения магнитных катушек: при двух включенных катушках (Рис.3а), одной верхней(Рис.3б) и одной нижней (Рис.3в). Различные режимы включения применялись длявозможности наблюдения плазменно-пылевых структур в первых трех стратах состороны катода в различных типах неоднородности магнитного поля.6а)б)в)Рис.2.
Зависимость проекции угловой скорости падающих пробных частиц от продольнойсоставляющей магнитного поля в областях I(а), II(б), III(в). Условия: аргон, 1.8 Торр, 1.6 мА,вставка находилась на 4 см ниже верхнего торца нижней катушки. Обозначения: ■ – включенатолько верхняя катушка; ▲ – включена только нижняя катушка; ♦ - включены обе катушки.Обнаружена связь направления и величины угловой скорости падающих частиц сконструктивными особенностями магнитных катушек и разрядной трубки. Обнаруженыэффекты на торцах магнитных катушек, предсказанные в [13].
Их при определенныхусловиях нужно учитывать или устранять, например поддержанием однородногомагнитного поля в области существования исследуемой страты. Краевые эффекты,связанные со вставкой, так же существуют и оказывают влияние на величину B 0, чтонужно учитывать количественно при построении модели вращения плазменно пылевыхструктур в стартах в магнитном поле.Плазменно-пылевые структуры в стратах в однородном магнитном полевращается с отрицательной проекцией угловой скорости на магнитное поле.Следовательно, вращательное движение пылевых структур, обнаруженное в [11], несвязано только с краевыми и торцевыми эффектами.Из всех краевых эффектов наиболее существенным оказался эффект, связанный ссужением канала тока, который дает изменение угловой скорости на 0.1 рад/с, что в 5раз меньше угловой скорости вращения пылевых структур в стратах, наблюдаемой вработах [11].
Следовательно, в страте существует механизм, раскручивающий пылевуюструктуру, не связанный с неоднородностями магнитного поля.7а)б)в)Рис.3. Проекция угловой скорости пылевых структур на направление вектора магнитнойиндукции в трех стратах в зависимости от расстояния до нижней катушки. Включены двекатушки (а), одна верхняя (б), одна нижняя (в). Условия: Не, 1.3 Торр, 1.5 мА, B=150 Гс. ♦ первая страта, ■ – вторая страта, ▲ – третья страта.Глава 3 посвящена исследованию поведения пылевых частиц, находящихсявблизи изменения сечения разрядной трубки в магнитном поле. В этой областисуществует потенциальная ловушка, способная удерживать плазменно-пылевыеобразования, включающие несколько сотен частиц.
Впервые наличие пылевойструктуры в ней экспериментально было зарегистрировано в работе [16].Интерес к исследованию пылевых структур, сформированных в этой ловушке,вызван теми процессами, которые происходят в ней при наложении внешнегопродольного магнитного поля. Изменение сечения разряда приводит к появлениюрадиальной составляющей тока, что означает возникновение в магнитном поле силыАмпера, раскручивающей газ [13] и, следовательно, левитирующие пылевые частицы.Впервые вращение частиц в подобной пылевой ловушке в магнитном поле былообнаружено в [11].В работе исследовались структуры из полидисперсных частиц кварца и измонодисперсных частиц меламин-формальдегида диаметром (1.10±0.04) и (4.10±0.14)мкм. Исследуемые структуры, имеющие кольцеобразную форму, представлены на Рис.4.Получены зависимости проекции угловой скорости вращения частиц от радиальнойкоординаты, разрядного тока и величины магнитного поля, см.
Рис.5.8Рис.4. Пример изображения пылевой структуры, состоящей из монодисперсных сферическихчастиц меламин-формальдегида диаметром 1.1 мкм. Белая стрелка указывает на кольцевуюструктуру из пылевых частиц. Серая стрелка указывает на вставку. Диаметр отверстия вставки5 мм.а)б)в)Рис.5. а) Зависимость проекции угловой скорости частиц в кольцеобразной пылевой структуреот радиальной координаты частицы. Условия: смесь аргона с воздухом, Р = 0.27 Торр, PAr/Pвозд =0.45, I = 2 мА, В = 98 Гс, полидисперсные частицы кварца. б) Зависимость проекции угловойскорости частиц, усредненной по высоте кольца h, от величины разрядного тока на внутреннемrin (♦) и внешнем rout (■) радиусах кольцеобразной пылевой структуры.
Условия: Ar, Р=0.04Торр, В=130 Гс, полидисперсные частицы кварца. в) Зависимость проекции угловой скоростичастиц, левитирующих на разной высоте от поверхности вставки, от магнитного поля. Условия:Ar, Р = 0.2 Торр, I = 1.5мА, монодисперсные частицы меламин-формальдегида диаметром 4.1мкм. ▲-h=40мм;●- h=39мм; ■ – h=35 мм; ▼- h=33 мм.9Угловая скорость вращения структур зависит от диаметра вставки сужающейканал тока. Чем меньше диаметр вставки, сужающей канал тока, тем больше угловаяскорость структуры.Приведены численные оценки угловой скорости вращения пылевых структуробразованных над диэлектрической вставкой в соответствии с гипотезой [13], которыесогласуются с экспериментальными значениями.В главе сделан вывод, что вращение плазменно-пылевых структур вызвановращением газа, обусловленным возникновением момента силы Ампера в этой области.В Главе 4 предложен и осуществлен метод управления ионным увлечением,действующим на пылевые частицы, с помощью подбора и последующей вариации смесиплазмоформирующего газа.
Принцип основан на том, что при добавке в основнойбуферный газ малой доли (до 5 %) более тяжелой и легкоионизуемой добавки приводитк смене типа ионов в газовом разряде постоянного тока. В тоже время, ионылегкоионизируемой компоненты газовой смеси могут приобретать большуюнаправленную скорость из-за уменьшения частоты столкновений с резонанснойпередачей заряда [17].Результаты эксперимента представлены на Рис.6. На Рис.6а показана зависимостьугловой скорости в чистом гелии, где измерена проекция вектора угловой скорости внаправлении магнитного поля. На Рис.6б показано измерение угловой скорости в смесигелия и ксенона в магнитном поле.
В условиях нашего эксперимента в смесях значениемагнитного поля B0, при котором наблюдается инверсия вращения, оказалось сильносдвинуто в сторону больших магнитных полей, а также значительно увеличиласьмаксимальная скорость вращения.а)б)Рис.6. а) Зависимость проекции вектора угловой скорости вращения пылевой структуры внаправлении магнитного поля для случая разряда в чистом гелии при давлении P=1.5 Торр итоке разряда 2 мА. б) Зависимость угловой скорости вращения пылевой структуры в магнитномполе в разряде гелия с примесями ксенона, точки - экспериментальные данные при 2% (▲) и4% (■) примеси ксенона, линии - аппроксимация.
Условия P=1.5 Торр, ток разряда 2 мА.Сравнивая зависимости, полученные для чистого гелия на Рис.6а и для смеси наРис.6б, можно определить следующее. При наличии примеси ксенона в 2 % в диапазонемагнитного поля, когда вращение установилось, от 150 Гс и до наступления плоскогоминимума, Рис.6б, абсолютное значение угловой скорости вращения пылевойструктуры увеличивается в 1.3–3.5 раза. Величина Bm (Величина Bm-магнитное поле,10при котором зависимость достигает минимума) смещается в сторону большихмагнитных полей (от 250 Гс до 350–400 Гс). Также в сторону больших магнитных полейсмещается величина B0. Смещение B0 настолько значительно, что выходит из диапазонаиспользуемого магнитного поля (соответствующая экстраполяция графиков даетсмещение B0 до 650 Гс).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
