Диссертация (1149460), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Согласно предложенным формулам (16),(17), он пропорционален концентрации электронов, а значит, может иметьбесселевский радиальный профиль. Существование и конкуренция несколькихмеханизмов вращения одновременно могут приводить к изменению радиальнойзависимости угловой скорости зондирующих частиц для различных вертикальныхкоординат – различных областей страты. Поэтому для исследования требуетсяприменить калиброванные частицы разного диаметра, зондирующие при паденииразные радиусы разряда.Исследование проводилось в области разряда, расположенной междувставкой, стабилизирующей страты, и второй стратой.
Разрядная трубка былаподвижной и выставлялась по вертикали таким образом, чтобы исследуемаяобласть оказывалась в однородном магнитном поле, Рис.46. Зазор междумагнитными катушками составлял 90 мм. Съемка азимутального движениязондирующих частиц производилась сверху через оптическое окно со скоростью25 кадр/с. Подсветка производилась параллельным пучком толщиной 3 мм,97освещавшим все горизонтальное сечение трубки. После проведения измерений наопределенной высоте h подсветка смещалась на 3 мм, и проводились следующиеизмерения.Вкачествезондирующихчастициспользовалиськалиброванныемонодисперсные частицы меламин-формальдегида диаметрами (1.10±0.04) и(4.10±0.14) мкм.
Работа с частицами диаметром (7.78±0.07) мкм не удалась,потому что время пролета частицами лазерной подсветки оказывалосьнедостаточным для детектирования их азимутального отклонения. Экспериментвыполнялся в Ne, при давлениях 1 и 2 Торр, разрядном токе 1.6 мА и магнитномполе 120 и 160 Гс. Параметры разряда выбирались так, чтобы существовалирезкие стоячие страты, и одновременно можно было наблюдать азимутальноедвижение частиц в течение необходимого количества видеокадров. Магнитноеполе выбиралось таким, при котором структура, левитирующая в страте, имелаотрицательную проекцию вращения, и при этом под стратой начиналосьпроявление действия вихревого тока.Полученныевидеоматериалыподвергалисьпокадровойобработке.Определялись радиальные и азимутальные положения частиц. Определяласьугловая скорость их азимутального движения в зависимости от величиныиндукции магнитного поля, радиальной координаты и вертикальной координаты.Для обоснования применимости метода проведем оценку времени, закоторое зондирующая частица увлекается вращающимся газом.
В нашихусловиях зондирующая частица увлекается газом из-за действия силы Эпштейна(14). Решая уравнение движения частицы в азимутальном направлении:md8 2 2 a P , (18)dt3Tгде υ - азимутальная скорость частиц относительно газа, P - давление, получаемвыражение для зависимости азимутальной скорости частицы от времени (t ) 0 e8 2 a 2 Pt3 mT, (19)98где υ0 - линейная скорость вращения газа.
Время, за которое скорость частицы изза увлечения газом изменится в e раз, выражается формулой3mT8 2 a 2 P. (20)Оценка показывает, что для Ne при давлении 2 Торр и размере частиц 1 мкм этавеличина порядка 1 мс. В эксперименте регистрировались частицы, которыепролетали лазерную подсветку в 3 мм за время трех кадров, то есть за 120 мс.Таким образом, можно утверждать, что за это время частица полностьюувлекалась газом, то есть приобретала скорость, с которой вращается газ.Следовательно, азимутальная скорость зондирующих частиц будет отражатьскорость вращения газа.99Рис.45.
Схематическое изображение вихревых токов в стратифицированномразряде. На оси разряда несколько выше максимального значения Te показаноположение пылевой структуры. Рисунок взят из [90].100Рис.46. Схема установки. 1 – магнитные катушки; 2 – вставка 3 – оптическоеокно и светофильтр для съемки сверху; 4 – анод; 5 – катод; 6 – контейнер cчастицами. 7 – область, в которой наблюдалось азимутальное движениепадающих частиц.1015.3.Результатызондированиястратифицированногоположительногостолба калиброванными частицами в магнитном поле.На Рис.47 представлены результаты зондирования области разряда,соответствующей первой страте, в виде зависимости угловой скоростизондирующих частиц от высоты.
Здесь и далее высота отсчитывается от верхнеготорца нижней магнитной катушки. Из графика на рисунке видно, что на участке,где частицы левитируют в страте, угловая скорость зондирующих частиц имеетотрицательную проекцию на направление магнитного поля, а под первой стратойи под второй стратой – положительную.Практически для всех параметров эксперимента зависимости угловойскорости от высоты в зондируемой области для частиц различных размеров впределах погрешности неотличимы. Рис.48 показывает пример совпадения впределах погрешности зависимостей для различных размеров зондирующихчастиц.Наибольший интерес для проверки теории представляет часть зондируемойобласти,находящейсянепосредственноподстратой.Длядетальногозондирования области под первой стратой разрядная трубка выставлялась так,чтобы участок между вставкой, сужающей разряд, и первой стратой находилсяпосередине зазора между катушками (в однородном магнитном поле).Зависимость угловой скорости частиц от высоты в области под первойстратой для различных радиальных координат представлена на Рис.49.
Из рисункавидно, что при большей радиальной координате угловая скорость частицположительна и близка к константе. При малых радиальных координатах (у осиразряда) угловая скорость имеет сложную зависимость. Ближе к сужающейразряд вставке (h от 20 до 35 мм) угловая скорость положительна, поабсолютному значению достигает величины ω=2 рад/с и спадает с удалением отвставки. Можно утверждать, что последний эффект связан с вращением газа из-засилы Ампера, вызванной вставкой.
Это согласуется с результатами, описанными вГлаве 3 для кольцевой пылевой структуры.102Непосредственно под первой стратой (h от 35 до 55 мм) на зависимостиприсутствует область, где угловая скорость имеет пик. Аналогичный пикприсутствует непосредственно под второй стратой, на высоте 60 мм на Рис.47.Наличие данного пика говорит о существовании в этой области механизма,вызывающего вращение частиц с положительной проекцией угловой скорости внаправлении на магнитное поле (не связанного с наличием вставки).НаРис.50представленоизменениезависимостиугловойскоростизондирующих частиц от высоты с изменением магнитного поля.
Рисунокпоказывает, что увеличение магнитного поля приводит к увеличению угловойскорости вращения по абсолютному значению и переход графика через ноль(изменение направления вращения зондирующих частиц) происходит на большейвысоте.Рис.51 показывает радиальное спадание угловой скорости зондирующихчастиц для различных высот.103Рис.47. Зависимость угловой скорости от высоты. Условия: Ne 2 Торр, I=1.6mA,B=120 Гс, частицы меламин-формальдегида 4.1 мкм. Граница светящейся областипервой страты на высоте 40мм, второй—67. Угловая скорость усреднена позондируемому сечению (6<r<10.5 мм).104Рис.48.
Зависимость угловой скорости от высоты. Условия: Ne давление P=1Торр, I=1.6mA, B=160 частицы меламин-формальдегида 1.1(●); 4.1 мкм (■).Граница светящейся области первой страты находится на высоте 41 мм. Угловаяскорость усреднена по зондируемому сечению (6<r<10.5 мм).105Рис.49. Зависимость угловой скорости от высоты. Условия: Ne, 2 Торр, I=1.6mA,B=160 Гс, частицы меламин-формальдегида 1.1 мкм.
Граница светящейся областипервой страты на высоте 54 мм, вставка на высоте 20 мм; ■- r=1.9 мм; ●- r=3.1 мм;▲- r=9.4 мм.106Рис.50. Зависимость угловой скорости от высоты. Условия: Ne 2 Торр, I=1.6mA,B=120 и 160 Гс, частицы меламин-формальдегида 4.1 мкм. Граница светящейсяобласти первой страты на высоте 55 мм, вставка на высоте 20 мм.
r=8.2 мм. ■B=120 Гс, ●- B=160 Гс.107Рис.51. Зависимость угловой скорости зондирующих частиц от радиальнойкоординаты. Условия: газ Ne, давление P=2 Торр, ток разряда I=1.6 mA, B= 160Гс, частицы меламин-формальдегида 4.1 мкм. ■- h=25 мм, ●- h=28 мм, ▲- h=38мм, ▼- h=53 мм.1085.4. Интерпретация результатов зондирования и численные оценки угловойскорости вращения.Анализируя результаты зондирования, можно заключить следующее:Зависимость угловой скорости от высоты при фиксированном значениимагнитного поля, полученная для промежутка между стратами, знакопеременная,Рис.47.Вблизиголовнойчастистратыпроекцияугловойскоростиположительная, а в теле первой страты - отрицательная.Обнаружено увеличение угловой скорости в области, расположеннойнепосредственно под головой страты, Рис.49, что, вероятно, свидетельствует осуществовании вихревого тока и представляет наибольший интерес.При увеличении магнитного поля от 120 до 160 Гс характер зависимостисохраняется, а абсолютное значение угловой скорости растет, Рис.50, и область сположительным направлением азимутальной скорости смещается в зону, гдедолжна левитировать плазменно-пылевая структура (с h=55 мм к h=60 мм,структура левитирует на высоте h=57 мм).Обнаружена зависимость угловой скорости зондирующих частиц отрадиальной координаты, Рис.51.
Из рисунка видно, что для частиц, летящих намалых вертикальных координатах (вблизи вставки), угловая скорость вблизи оситрубки существенно выше, чем на больших вертикальных координатах. Прибольших радиальных координатах угловая скорость практически не различаетсядля всех вертикальных координат.Обнаружено, что зависимости угловой скорости от высоты и от радиальнойкоординаты в магнитных полях выше 120 Гс для частиц 1.1 мкм в пределахпогрешности не отличаются от тех же зависимостей для частиц 4.1 мкм, Рис.48.Длясопоставленияэкспериментальныхрезультатовсконкретнымимоделями, описанными в пунктах 1.5., 5.1. нужно представлять, что назондирующие частицы могут действовать несколько механизмов одновременно.Доминировать каждый механизм может только в определенном диапазоне109параметров эксперимента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
