Диссертация (1149460), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Эксперименты проводились в аргоне при давлении1.8 Торр и токе 1.6 мА. Использовались полидисперсные частицы ниобата литияразмерами 1 – 4 мкм и формой, близкой к сферической. Неоднородностьмагнитного поля измерялась с помощью измерителя магнитной индукции Ш1-7.В Таблице 1 представлено отношение поперечной (Вr) и продольной (В║)составляющих магнитного поля в областях I, II и III.Для определения влияния каждой катушки в отдельности, магнитное полесоздавалось одной верхней катушкой, одной нижней и двумя вместе.
Диапазонизменения индукции магнитного поля был от 0 до 800 Гс, вектор магнитного полябыл направлен вверх.При включенном магнитном поле, падающие частицы имели азимутальноеотклонение. В качестве величины, определяющей азимутальное отклонениепадающих частиц, использовалась проекция угловой скорости на вектормагнитного поля. Проекция угловой скорости вычислялась по трекам падающихчастиц, методом, примененным в [62].Дополнительнобылипроизведеныэкспериментыпозондированиюобластей неоднородного магнитного поля на торцах магнитных катушек приотсутствии сужающей разряд вставки, Рис.22.
При этом сужение разряда в месте,46где находилась вставка, оставалось, но его диаметр был 15 мм, что эквивалентнозамене вставки диаметром 5 мм на вставку диаметром 15 мм.Таблица 1.Отношение поперечной составляющей к продольной составляющей магнитногополя, измеренное в областях I, II и III.
В║ = 150Гс.2.2. Результаты зондирования областей вблизи торцов магнитных катушек иих интерпретация.Обнаружено, что в выбранных областях наблюдения падающие частицыимеют азимутальное движение. Зависимости проекции угловой скорости отмагнитного поля представлены на Рис.23. В области II проекция угловой скоростипробных частиц положительна, если включена только верхняя катушка иливключены обе (см. два верхних графика на Рис.23,б), величина угловой скоростирастет с ростом В. Если включена только нижняя катушка, проекция угловойскорости отрицательна.В области III (на анодном торце) проекция угловой скорости отрицательна(Рис.23,в), величина угловой скорости также растет с ростом В.
В области I, есливключена только нижняя катушка или включены обе, проекция угловой скоростиотрицательна. По мере увеличения магнитного поля она растет по величине, затемуменьшается, переходит через ноль (становится положительной) и возрастает.Есливключенатольковерхняякатушка,положительна и возрастает с ростом B, Рис.23а.проекцияугловойскорости47Рис.22. Схема установки. 1 – магнитные катушки; 2 – вставка, сужающаятоковый канал; 3 – оптическое окно и светофильтр для съемки сверху; 4 – анод;5 – катод; 6 – контейнер с частицами. I, II, и III – области, в которыхнаблюдалось азимутальное движение падающих частиц.48Зависимости проекции угловой скорости от магнитного поля в области I,измеренные при различных положениях вставки и различном диаметре вставки,представлены на Рис.24.
Из Рис.24a,б видно, что в диапазоне применяемыхмагнитных полей зависимость проекции угловой скорости от магнитного поляподобна зависимости, показанной на Рис.23a, но переход через ноль происходитпри большем магнитном поле. Кроме того, из графиков Рис.24а видно, что приодинаковых значениях магнитного поля величина проекции угловой скоростибольше, когда сужение разряда находится дальше от торца катушки. Зависимостипроекции угловой скорости от магнитного поля для частиц, наблюдаемых вобластях II и III, Рис.25а,б также подобны зависимостям, показанным на Рис.23б иРис.23в.Краткообсудимрезультатызондирования.Наличиеазимутальногодвижения пробных частиц в области III (на анодном торце), Рис.23в,свидетельствуетосуществованиимеханизма,вызывающеговращениезондирующих частиц с отрицательной проекцией угловой скорости.
Согласноработе [43], за возникновение данного механизма отвечает сила Ампера,связанная с протеканием тока в расходящемся магнитном поле на анодном торцекатушки. Тогда из измерений угловой скорости зондирующих частиц можнооценить ее действие на вращение пылевых структур в стратах [24-27]. Приравнявмомент силы Ампера к моменту силы вязкости, получаем зависимость угловойскорости вращения газа от радиальной координаты в области III. За счетпродольной вязкости вращение газа передается в область, где вращение пылевыхструктур в стратах (в области однородного поля) наблюдалось в работах [24-27].Учитывая это и проведя экстраполяцию к давлению, при котором выполненыработы [24,26], получаем, что, например, при В║=75 Гс (Br=25Гс) угловаяскорость вращения газа в стратах будет на порядок меньшее, чем угловаяскорость вращения пылевых структур, наблюдавшаяся в [24-27].
Можно считать,что обсужденный эффект неоднородности на анодном торце не обуславливаетвращения пылевых структур с отрицательной проекцией угловой скорости.49a)б)в)Рис.23. Зависимость проекции угловой скорости падающих пробных частиц отпродольной составляющей 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 нижнейкатушки. Обозначения: ■ – включена только верхняя катушка; ▲ – включенатолько нижняя катушка; ♦ - включены обе катушки.50а)б)Рис.24. Зависимость проекции угловой скорости падающих пробных частиц отпродольной составляющей магнитного поля.
Условия: аргон, 1.8 Торр, 1.6 мА. a)Область I. Включена только нижняя катушка. Сужение разряда находилось нарасстоянии 8 см (♦) и 5 см (■) от верхнего торца нижней катушки, диаметрсужения 6 мм. б) Область I. Включены обе катушки. Сужение разряда находилосьна расстоянии 8 см (♦) и 5 см (■) от верхнего торца нижней катушки, диаметрсужения 15 мм.51а)б)Рис.25. Зависимость проекции угловой скорости падающих пробных частиц отпродольной составляющей магнитного поля. Условия: аргон, 1.8 Торр, 1.6 мА. а)Область II: ■ – включена только верхняя катушка; ▲ – включена только нижняякатушка; ♦ - включены обе катушки. б) Область III.
Включена только верхняякатушка.52Вид зависимости проекции угловой скорости от магнитного поля дляобласти I (на анодном торце) может быть связан с двумя конкурирующимимеханизмами, вызывающими вращение с положительной и отрицательнойугловой скоростью в проекции на направление магнитного поля. Отрицательнаяпроекция угловой скорости обусловлена механизмом, подобным описанномувыше, связанным с эффектом на анодном торце нижней катушки. Наличиевставки, сужающей токовый канал вблизи области I, возможно, служит одной изпричин возникновения механизма вращения с положительной проекцией угловойскорости и, соответственно, инверсии направления азимутального движенияпробных частиц при увеличении магнитного поля (Рис.23а). Об этом можнозаключить, исходя из следующих фактов. Во-первых, с увеличением диаметрасужения инверсия направления азимутального движения происходит прибольшем магнитном поле (Рис.23а и Рис.24a,б).
Во-вторых, расстояние досужения оказывает влияние на инверсию - чем ближе сужение токового канала канодному торцу катушки, тем инверсия наступает раньше (Рис.24a,б). Сужениетокового канала приводит к возникновению радиальной составляющей тока,направленной к оси разряда, внутри катушки. Возникающая из-за этого силаАмпера вызывает движение пылевой зондирующей частицы, соответствующееположительному направлению.
В зависимости от диаметра вставки и отрасстояния от вставки до области наблюдения ее влияние на движение частицможет быть различным. Если вставка узкая и расположена близко к изучаемойобласти, то её влияние на изменение угловой скорости (порядка 0.1 рад/с, см.Рис.24) становится сравнимым с величиной отрицательной угловой скорости,которую имеют пылевые структуры в стратах 0.4 рад/с (см. Рис.17 Глава 1), и егонадо учитывать.
Далее, в Главе 3 будет описано детальное исследованиепроявления силы Ампера в области над вставкой, выполненные с двумя типамивставок, сужающих сечение разряда.В области II (на катодном торце катушки) существует механизм,вызывающий азимутальное движение пробных частиц в положительномнаправлении в проекции на магнитное поле. По нашим оценкам (которые53аналогичны оценкам, проведенным для области III, см. выше), его вклад вовращение пылевых структур в стратах в магнитном поле будет незначительным.2.3.
Исследование вращения пылевых структур в стратах в неоднородноммагнитном поле.С целью выяснения связи угловой скорости вращения структур с ихгеометрическимположениеммеждукатушкамиисследовалосьвлияниерасходимости линий магнитного поля на торцах магнитных катушек навращательное движение плазменно-пылевых структур в стратах тлеющегоразряда.Эксперимент проводился на установке, на которой наблюдалось вращениепылевых структур в стратах, описанной в [26]. Использовались частицы ниобаталития размером 1 – 4 мкм.
Наблюдения проводились в гелии при давлении 0.6 – 3Торр при разрядном токе 1.5 - 2 мА.В эксперименте измерялась угловая скорость вращения структур в первыхтрех стратах после вставки, сужающей разряд. Разрядная трубка устанавливаласьтаким образом (перемещением вертикально внутри катушек), чтобы каждуюстрату при постоянном магнитном поле можно было наблюдать на разномрасстоянии от верхнего торца нижней катушки, Рис.26. Измерялась угловаяскорость плазменно-пылевой структуры в каждой страте в зависимости отрасстояния h, отсчитываемого от верхнего торца нижней катушки.2.4. Результаты исследования вращения плазменно-пылевых структур внеоднородных магнитных полях и интерпретация.Измерение угловой скорости было произведено для трех различныхрежимов включения магнитных катушек: при двух включенных катушках(Рис.27а), одной верхней (Рис.27б) и одной нижней (Рис.27в).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
