Диссертация (1149460), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Инверсия вращения обусловлена не обращением радиальногоамбиполярного электрического поля, а тем, что изменяется направлениедиффузного потока плазмы. В области структурыdni 0 и поток направленdrрадиально к оси трубки, в то время как снаружи пылевой структуры по-прежнемуdni 0 , и происходит поглощение внешней плазмы структурой. По оценкамdrавторов радиальная инверсия диффузных потоков плазмы должна наступать приB = 300 Гс, что согласуется с экспериментальным значением B = 500 Гс.37Рис.19.

Схематическое изображение экспериментальной установки. Рисунок взятиз [27].Рис.20. Горизонтальное сечение пылевой структуры в магнитном поле: 75 - (а),500 - (b) и 630 – (c) Гс, направление вращения указано стрелками, рисунок взят из[27].38Рис. 21. Угловая скорость вращения пылевой структуры в зависимости отиндукции магнитного поля. Рисунок взят из [27].391.4.О гипотезе, связывающей вращение пылевых структур с торцевыми икраевыми эффектами.1.4.1.

Влияние торцевых эффектов.В работе А.В. Недоспасова [43] высказывается предположение, согласнокоторому инверсию вращения можно связать с вращением газа под действиеммомента силы Ампера, возникающего в областях разряда с неоднородныммагнитным полем вблизи торцов соленоидов. В области анодного торцасоленоида, где разрядная трубка выходит из области однородного поля,продольный ток пересекает расходящиеся линии магнитного поля.

В этой областивозникает момент силы I×B, который заставляет плазму вращаться противчасовой стрелки, если смотреть в направлении В. Это вращение передается вдольразрядной трубки через вязкость газа.Вобластикатодноготорцасоленоидаэлектроныдвижутсявувеличивающемся магнитном поле. Когда электроны замагничены, то ихдвижение происходит вдоль сходящихся силовых магнитных линий. При этомпоперечное сечение разряда уменьшается. В области фокусировки радиальноеэлектрическое поле может стать отрицательным, потому что замагниченныеэлектроны в основном удерживаются с помощью магнитного поля, а незамагниченные ионы удерживаются с помощью только электрического поля.Область отрицательного поля увеличивается с увеличением магнитного поля; всильных полях отрицательное радиальное поле существует по всему объемудлины турбулентного положительного столба [44]. В соседней части трубки внемагнитного поля радиальное электрическое поле, определяемое амбиполярнойдиффузией, положительно. Таким образом, области плазмы с различныминаправлениями Er существуют на обеих сторонах катодного торца соленоида.Поскольку циркуляция поля Е в замкнутом контуре (вдоль оси разряда, врадиальном направлении, и вдоль стенки трубки) равна нулю, то электрическийток создает дополнительный момент силы Ампера.401.4.2.Влияние изменения сечения канала тока.Инверсия направления вращения плазменно-пылевых структур в стратах вмагнитном поле может быть вызвана вращением газа под действием моментасилы Ампера в области сужения токового канала.

По предположению А.В.Недоспасова [43] в области вставки, сужающей разряд, радиальная составляющаятока разряда направлена к оси трубки. В однородном магнитном поле моментсилы Ампера заставляет газ вращаться по часовой стрелке по отношению кнаправлению В. Это может служить причиной возникновения инверсии вращенияплазменно-пылевых структур в стратах.Данное новое предположение требует экспериментальной проверки вконкретной геометрии катушек.1.5.ОсилеАмпера,связаннойсвихревымитокамивстратифицированном разряде.Вопрос о вращении газа в тлеющем разряде был поднят в 60-х годах [45-48]и позже исследовался в 90-х годах [49-56].

Однако до сих пор однозначногоответа не получил.В работе [43] А.В. Недоспасовым было предположено, что физическиепроцессы, происходящие в страте и связанные с характеристиками электронов,могут быть причиной появления знакопеременного по вертикальной координатевращения газа разряда. Рассмотрим это детально.Стратыпредставляютсобойволныионизациисменяющимисяконцентрацией и температурой электронов.

Температура электронов изменяетсявдоль разрядной трубки, в то время как концентрация имеет радиальный перепадиз-за процесса диффузии. В работах Л.Д. Цендина [57] было показано, что из-занеколлинеарностиградиентовэлектроннойтемпературыиэлектроннойконцентрации в страте возникает дополнительный к разрядному ток. Ток41переносится электронами и является циркулирующим. А.В. Недоспасовым былопредложено выражение для его численной оценки. Выпишем гидродинамическиеуравнения движения для электронов и для ионов (температура ионов многоменьше температуры электронов)e0 n E  (nTe ) e0 n E mi nime ne(Ve  V )  0 ,(Vi  V )  0 .(2)(3)Здесь n концентрация плазмы, me масса электрона, mi масса иона, e0 зарядэлектрона, скорость V – скорость газа разряда. Применяя оператор ротор кпервому из уравнений, имеемe0 n curl E  e0n  E meen curl(V  V )  n  (V  V )  0 .ee(4)В стоячих стратах curl E  0 .

Заменяя выражение для напряженности поля,получаем следующее ben  Te  e0 n curl (Ve  V )  0 .(5)С учетом curl Vi  curl V и j  e0 n(Vi  Ve ) получаем выражениеbe n  Te  curl j .(6)Из него следует, что в страте существует осесимметричная циркуляцияпродольного и радиального электронного тока. Его величина на порядок меньше,чем разрядный ток. Для численной оценки можно предположить модельныйTхарактер спадающих в страте характеристик электронов n  n a и Te  e l ,тогда поперечная составляющая плотности тока дается выражением42j be nTea, (7)где включен коэффициент  порядка единицы.В стационарном состоянии в разрядной трубке момент силы Ампера долженуравновешиватьсямоментомсилвязкоготрения.Рассматриваятолькорадиальную вязкость, имеем следующую формулу для вращения газа разряда,впервые предложенную в [43]e0 B n  r a 2  3ma na T  .(8)Подставляя в нее выражение для поперечного тока (поперечной скорости),получаем выражение, предложенное А.В. Недоспасовым для скорости вращениягаза 2( e e )Tna  e Ta12 Te ma12.(9)Численная оценка скорости вращения, данная автором обсуждаемоймодели, для условий экспериментов с вращающимися пылевыми структурамидает 7 см/c, что соответствует угловой скорости вращения газа в 14 рад/с.

Этаоценка превышает экспериментально полученное значение угловой скоростивращения пылевых структур в 10 раз [26].В этом параграфе описана новая модель, основанная на кинетическихпроцессах, которые естественным образом происходят в страте. Согласночисленной оценке, её эффект может быть существенным. Угловая скоростьвращения может достигать величины в 10 рад/с. Описанная модель требуетэкспериментальной проверки, чему будет посвящена Глава 5.43Выводы из литературного обзора.Из представленных работ следует, что на данный момент нет окончательноймодели инверсии вращения плазменно-пылевых структур в стратах. Вращениеплазменно-пылевой структуры в слабом магнитном поле связывают с силойионного увлечения.

В вопросе наступления инверсии направления вращенияплазменно-пылевых структур в сильных магнитных полях существует рядтеоретических моделей, таких как обращение радиального ионного потока,связанного либо с локальным обращением поля, либо с наступлениемрекомбинации на пылевой структуре; действие торцевых и краевых эффектов,действие вихревых токов в стратах.

Эти модели требуют экспериментальнойпроверки.Задачейнастоящейработыявляетсяпроведениеисследований,направленных на проверку описанных выше механизмов инверсии вращенияплазменно-пылевых структур в стратах в продольном магнитном поле.44Глава2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯПРОВЕРКАВЛИЯНИЯНЕОДНОРОДНОСТЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОРЦАХ МАГНИТНЫХКАТУШЕК НА ДИНАМИКУ ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ СТРУКТУРВ Главе 1 обсуждены работы, в которых высказываются предположения отом, что вращение плазменно-пылевых структур в стратах в магнитном полеможет быть вызвано наличием ряда неоднородностей, таких как неоднородностьмагнитного поля на торцах магнитных катушек, сужение токового канала.В данной главе описаны экспериментальные исследования влияниянеоднородностей, вызванных расходящимися линиями магнитного поля на торцахкатушек и сужением токового канала на вращение плазменно-пылевых структур встратах.

Во-первых, наблюдалось азимутальное движение падающих пробныхчастиц в магнитном поле в областях разряда, находящихся на уровне торцовкатушек, а также в области сужения токового канала в нестратифицированномразряде. Подобный метод был опробован в работах [58-62]. Во-вторых,наблюдалось вращение плазменно-пылевых структур в стратах, специальнопомещенных в область неоднородного магнитного поля на торцах катушек.2.1. Исследование областей разряда на торцах магнитных катушек спомощью зондирующих частиц.Для исследования краевых эффектов использовалась та же установка, накоторой регистрировалось вращение плазменно-пылевых структур в [24-26],Глава 1, ее схема представлена на Рис.22.

Разрядная трубка имела длину 80 см,диаметр 35 мм. Магнитное поле создавалось двумя катушками длинной 15 см,радиусом 15 см каждая, с расстоянием 9 см между ними. Трубка имела вставкудиаметром 6 мм, которая в [24-26] предназначалась для стабилизации страт.Диаметр трубки под вставкой был 15 мм. Трубка имела возможностьперемещаться вдоль оси на 5 см. При выбранных условиях разряда производился45вброс частиц, которые, падая вдоль трубки, зондировали разряд. Подсветкападающих частиц производилась сбоку параллельным пучком толщиной 1 см,который подсвечивал все горизонтальное сечение разрядной трубки. Видеосъемкапроизводилась сверху через оптическое окно.Измерения проводились в трех областях, Рис.22: I – над нижней катушкой,II – под верхней катушкой и III – над верхней катушкой. Области были выбранытак, чтобы определить то влияние, которое могут оказывать расходящиеся линиимагнитного поля на торцах катушек со стороны анода (области I и III) и состороны катода (область II).

Непосредственно под областью I находиласьсужающая разряд вставка, что отличало область I от области III.Для наблюдений были выбраны условия, при которых отсутствует видимаястратификация, чтобы избежать дополнительной неоднородности, связанной спадением потенциала разряда.

Характеристики

Список файлов диссертации