Диссертация (1149460), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На нижний силовой электрод было помещенокольцо,иобразовывалосьрадиальноеобжимающееполе.Структураформировалась над нижним электродом и представляла собой монослой, изчастиц меламин-формальдегида диаметром (8.9±0.1) мкм. Магнитное полесоздавалось постоянным магнитом, встроенным в нижний электрод, и былонаправлено вниз. Величина магнитного поля в области зависания структуры 140±5% Гс.
Азимутальное движение частиц записывалось на скоростную видеокамерусо скоростью съемки до 160 к/с. Из полученных видеоматериалов авторывычисляли угловую скорость отдельных частиц.Рис.2 показывает карту скоростей пылевого облака, вращающегося вприсутствии магнитного поля. Частицы движутся преимущественно по круговойтраектории.
Для небольшой вкладываемой мощности ВЧ разряда облако имелоформу диска с небольшим войдом в центре, когда вкладываемую мощностьувеличивали – диаметр войда значительно возрастал, и облако частиц принималоформу кольца.13Рис.1. Схема экспериментальной установки по исследованию плазменногокристалла в ВЧ разряде в неоднородном магнитном поле. Рисунок взят из [20].14Рис.2. Карта скоростей частиц, вращающихся в магнитном поле.
Векторыуказывают на смещение частиц в 20 последовательных кадрах. а) Upp=47 В,Р=0.40 мБар, N=250±10%, 8 кадров/с, б) Upp=82 В, Р=0.30 мБар, N=450±10%, 6кадров/с. Рисунок взят из [20].15Радиальная зависимость угловой скорости частиц показана на Рис.3 дляразличных значений вкладываемой мощности и при различных давлениях газа.Количество частиц, находящихся в облаке было постоянным для каждогонапряжения. Как показывают авторы, при малой вкладываемой ВЧ мощностипылевое облако вращается как целое. Угловая скорость вращения не имеетзначительной радиальной зависимости для всех исследуемых давлений.
С ростомдавления скорость вращения медленно падает. При увеличении вкладываемой ВЧмощности кривые имеют сильную радиальную зависимость. При повышениидавления угловая скорость частиц падает, и они начинают вращаться в обратномнаправлении. Дальнейшее повышение мощности приводит к сильному изменениюугловой скорости между центром и периферией.Парная корреляционная функция частиц представлена на Рис.4. Формакорреляционной функции не значительно зависит от давления при тех жеразрядных условиях. При небольших напряжениях положение частиц в облакеболееупорядоченнокристаллическому.Ноифазовоеприсостояниевозрастаниипылевогонапряженияоблакафазовоеблизкоксостояниестановится жидким, только с одним пиком в корреляционной функции, которыйприходится на меньшую радиальную координату.Рис.5 демонстрирует зависимость размера пылевого облака от числа частицв облаке.
Радиальной зависимости угловой скорости от числа частиц припостоянных разрядных условиях не обнаружено.Авторы описали еще одно интересное наблюдение, иллюстрирующеекачественное изменение удерживающего потенциала. Первоначально частицымедленно вращаются в форме большого кольца диаметром 25 мм, Рис.6а, прирезком увеличении напряжения от 100 В до 200 В частицы двигаются по спиралик центру и формируют диск диаметром 5 мм, Рис.6в.
При уменьшениинапряжения до первоначального облако принимает прежний размер. Обаизменения происходят в течение нескольких секунд.16а)б)в)Рис.3. Зависимость угловой скорости вращения от радиальной координаты. Приувеличении вкладываемой мощности, рисунки а) – в), вращение становитсядифференциальнымименяетнаправление.Кривыесоответствуют различным давлениям. Рисунок взят из [20].1-8нарисунках17а)б)Рис.4. Парные корреляционные функции g(r).
а) и б) соответствуют профилюугловой скорости на Рис. 3(а) и 3(в). Рисунок взят из [20].Рис.5. Зависимость угловой скорости вращения от радиальной координаты.Различные кривые соответствуют различному числу частиц в структуре (от 60 до620). На вставке – зависимость внешнего радиуса облака от числа частиц. Рисуноквзят из [20].18Авторы предложили объяснение механического состояния пылевых частицв облаке и построили модель вращения пылевого облака. Исходя из этой модели,причиной вращения является сила ионного увлечения, действующая на пылевыегранулы.
Азимутальная компонента силы ионного увлечения появляется из-затого, что ионы движутся в скрещенных Е В полях. Направление радиальногополя Er определяет направление вращения пылевого облака. Изменениенаправления вращения облака авторы связывают с изменением профиляпотенциала, который приводит к изменению радиального электрического поляпри наложении продольного магнитного поля.
Если Er направлено к стенке, товращение происходит против часовой стрелки ( B ), если Er направлено к оситрубки, то вращение по часовой стрелке ( B ). Стоит отметить, что угловаяскорость во всех представленных экспериментах по абсолютному значению непревышала 10-2 рад/с.Далее авторы представили количественные расчеты, в которых приравнялисилы, действующие на пылевую частицу: силу ионного увлечении и силуторможения о газ. Выполненные авторами оценки согласуются со значениями,полученными в эксперименте.1.2.ИсследованиявращенияпылевыхструктурвВЧразрядеводнородном магнитном поле (опубликованные в работах Н.
Сато).Группа Н. Сато проводила исследования в разрядной камере с раздельнымсегментным электродом [21]. Схема разрядной камеры представлена на Рис.7. Вразрядных камерах такого типа плазма генерировалась между верхнимиэлектродамиизасчетдиффузиипопадалавобластьнижестоящего«левитирующего» электрода, над которым наблюдалась пылевая структура. Внекоторых модификациях разрядных камер под «левитационным» электродомрасполагалась еще одна пара электродов для генерации дополнительной плазмы,Рис.7б.
За счет различных радиальных размеров электродов в разрядной камеребыла не только продольная, но и радиальная диффузия плазмы.19Рис.6. Три последовательных графика, показывающих:a) первоначальную,b)промежуточную,и c) конечную стадии сжатия кольцевого облака частиц кцентральному диску после внезапного увеличения напряжения от 100 В до 200В. Рисунки взяты из [20].20а)б)Рис.7. а) Конструкция разрядной камеры с разделенным сегментным электродом,б) поясняющая схема. Рисунки взяты из [21].21Радиальный профиль потенциала в области левитации частиц регулировалсяпутем изменения потенциалов основной и дополнительной плазмы.
Увеличиваярадиальный удерживающий потенциал в присутствии продольного магнитногополя, авторы получили плазменно пылевую структуру в форме вертикальногостолба, Рис.8. При увеличении радиального удерживающего потенциала диаметрстолба уменьшался. Дальнейшее сжатие, производимое уменьшением радиуса«левитационного» электрода, приводит к тому, что форма пылевого облака изстолба преобразуется в единственную вертикально ориентированную цепочку.Принекоторыхусловияхструктурабыланестабильна-возникалипылеакустические волны и конвективные вихревые потоки.При наложении слабого магнитного поля до 400 Гс на пылевую структуру,образованную в такой разрядной камере, наблюдалось азимутальное движениепылевогооблакавгоризонтальномсечении.Авторамибылаполученазависимость скорости вращения пылевого облака от радиальной координаты r,для двух величин магнитного поля B = 120 Гс и B =390 Гс, Рис.8.
В результатебылообнаружено,чтолинейнаяскоростьвращенияпылевыхчастицпропорциональна радиальной координате. Это означает, что угловая скорость,которая получается порядка 0.1 рад/с (больше чем циклотронная частотавращения пылевой частицы) не зависит от радиальной координаты. Угловаяскорость возрастает с ростом магнитного поля, а межчастичное расстояниеостается неизменным.Авторами было обнаружено, что вращение пылевого облака зависит отплотности частиц. Когда плотность частиц мала, вращения не наблюдалось, ононачиналось, когда количество частиц в облаке становилось предельным (какописалиавторы,достаточнымдляобеспечениясильногокулоновскоговзаимодействия между частицами). Угловая скорость вращения возрастает сростом плотности пылевых частиц в облаке.
Так, например, в случае, когдаоблако принимало форму вертикальной цепочки, вращение не наблюдалось.Когда структура состояла из двух цепочек, вращение возникало при B = 1000 Гс, акогда из трех цепочек – при B = 100 Гс.22Также в работе продемонстрированы детальные измерения угловойскорости вращения частиц в присутствии продольного магнитного поля вразрядной камере, схематически изображенной на Рис.9, в ВЧ-разряде и разрядепостоянноготока.Втакойконфигурацииразряднойкамерыверхнийсегментированный электрод разделен на две части: проводящий прозрачныйцентральный диск, на который подавалось напряжении VА относительновнешнего кольцевого электрода, который в свою очередь был заземлен вместе сразрядной камерой.
Частицы левитировали над центральной частью нижнегоэлектрода, как показано на Рис.9. Присутствие продольного магнитного поляинициировало азимутальное вращение пылевых частиц. Результаты, полученныеавторами в ВЧ-разряде и разряде постоянного тока, были подобными. Но из-засложности создания стабильной симметричной структуры в разряде постоянноготока они представили только результаты для ВЧ-разрядной плазмы.Было обнаружено, что вращение пылевых частиц очень чувствительно кпотенциалу VА, подаваемому на верхний электрод. На Рис.10.
представленаугловая скорость как функция от потенциала VА с магнитным полем в качествепараметра. При VА<0 вращение происходило в так называемом диамагнитномнаправлении, B , а при VА>0 – в парамагнитном направлении, B .Угловая скорость возрастает с ростом абсолютного значения потенциала VА, истановиться равной нулю при отрицательном потенциале в несколько вольт.Также авторы обнаружили увеличение угловой скорости вращения с ростомпродольного магнитного поля, Рис.11, была получена возрастающая зависимостьугловой скорости вращения от вкладываемой мощности, Рис.12.
Интерпретациюнаблюдаемых явлений авторы в своей работе не приводят.23а)б)Рис.8. а) Структура, созданная в магнитном поле в форме столба. б) Вертикальнаяцепочка из частиц, полученная при обжимающем радиальном поле. На вставке –вид сверху. Рисунок взят из [21].24Рис.9. Линейная скорость вращения в зависимости от радиальной координаты вмагнитном поле. Газ аргон, давление 0.22 Торр, разрядный ток 0.5 мА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
