Диссертация (1149460), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Различные режимы54включения применялись для возможности наблюдения плазменно-пылевыхструктур в первых трех стратах со стороны катода в различных типахнеоднородности магнитного поля.Рассмотрим случай двух включенных катушек. На Рис.27а видно, чтопроекция вектора угловой скорости плазменно-пылевой структуры на вектормагнитной индукции в первой страте вблизи нижней катушки отрицательна, оналинейно зависит от высоты и обращается в ноль у верхней катушки. Во второйстрате зависимость также линейна, но переходит через ноль и становитсяположительной у верхней катушки. В третьей страте в пределах погрешностизависимость угловой скорости от высоты совпадает с зависимостью дляплазменно-пылевой структуры во второй страте.55Рис.26. Схема, поясняющая эксперимент.56Рассмотрим случай включения одной верхней катушки.
В первой стратепроекция угловой скорости вблизи нижней катушки отрицательна, приувеличении высоты обращается в ноль, у верхней катушки становитсяположительной, Рис.27б. Во второй и третьей стратах проекция угловой скоростиположительна.Рассмотрим случай включения одной нижней катушки. Проекция угловойскорости плазменно-пылевой структуры во всех трех стратах отрицательна,Рис.27в. По абсолютному значению угловая скорость больше, чем при двухвключенных катушках.Обсуждая графики на Рис.27, видим, что радиальная составляющаямагнитного поля на торцах катушек оказывает влияние на угловую скоростьпылевых структур в стратах.
Возникает момент силы Ампера, которыйобусловлен протеканием тока в неоднородном магнитном поле. На анодном торцемомент силы Ампера заставляет газ вращаться в положительном направлении впроекции на направление магнитного поля, на катодном – в отрицательном.Рис.27б и 27в показывают действие этих механизмов по отдельности.Поскольку посередине между катушками (в однородном магнитном поле)угловая скорость имеет ненулевое значение, Рис.27а, а также, поскольку приодной включенной верхней катушке имеется область с отрицательной проекциейугловой скорости, можно заключить, что в страте существует механизм,раскручивающий пылевую структуру, не связанный с неоднородностямимагнитного поля.
Вероятно, он связан с амбиполярным движением ионов вмагнитном поле.57а)б)в)Рис.27. Проекция угловой скорости пылевых структур на направление векторамагнитной индукции в трех стратах в зависимости от расстояния до нижнейкатушки. Включены две катушки (а), одна верхняя (б), одна нижняя (в). Условия:Не, 1.3 Торр, 1.5 мА, B=150 Гс.
♦ - первая страта, ■ – вторая страта, ▲ – третьястрата.58Выводы по Главе 2.Произведеныисследованиянестратифицированногоразрядавнеоднородном магнитном поле с помощью зондирующих частиц и исследованияплазменно-пылевых структур в стратах в неоднородном магнитном поле.Обнаружена связь направления и величины угловой скорости падающихчастиц с конструктивными особенностями магнитных катушек и разряднойтрубки.
Обнаружены эффекты на торцах магнитных катушек, предсказанные в[43]. Их при определенных условиях нужно учитывать или устранять, напримерподдержаниемоднородногомагнитногополявобластисуществованияисследуемой страты. Краевые эффекты, связанные с наличием вставки так жесуществуют и оказывают влияние на величину B0, что нужно учитыватьколичественно при построении модели вращения плазменно-пылевых структур встратах в магнитном поле.Плазменно-пылевые структуры в стратах в однородном магнитном полевращаются с отрицательной проекцией угловой скорости на магнитное поле.Следовательно, вращательное движение пылевых структур, обнаруженное в [26],вызвано не краевыми и торцевыми эффектами.Из всех краевых эффектов наиболее существенным оказался эффект,связанный с сужением канала тока. В условиях эксперимента наибольшеепроявление дает изменение угловой скорости на 0.1 рад/с, что в 5 раз меньшеугловой скорости вращения пылевых структур в стратах, наблюдаемой в работах[26].
Следовательно, в страте существует раскручивающий пылевую структурумеханизм, не связанный с неоднородностями магнитного поля.59Глава3.ИССЛЕДОВАНИЕДИНАМИКИПЫЛЕВОЙСТРУКТУРЫ,СФОРМИРОВАННОЙ В ЛОВУШКЕ НАД СУЖЕНИЕМ КАНАЛА ТОКАНастоящая глава посвящена исследованию поведения пылевых частиц,находящихся вблизи изменения сечения разрядной трубки. В этой областисуществует потенциальная ловушка, способная удерживать плазменно-пылевыеобразования, включающие несколько сотен частиц. Впервые наличие пылевойструктуры в ней экспериментально было зарегистрировано в работе [63].Интерес к исследованию пылевых структур, сформированных в этойловушке, вызван теми процессами, которые происходят в ней при наложениивнешнего продольного магнитного поля.
Изменение сечения разряда приводит кпоявлению радиальной составляющей тока, что означает возникновение вмагнитном поле силы Ампера, раскручивающей газ [22,43] и, следовательно,левитирующие пылевые частицы. Впервые вращение частиц в подобной пылевойловушке в магнитном поле было обнаружено в [22-26].3.1. Эксперимент по исследованию динамикипылевой структуры,левитирующей в пылевой ловушке, образованной симметричной конусообразнойвставкой.3.1.1. Постановка эксперимента.Изменение сечения разряда производилось с помощью помещения вразрядную трубку диэлектрической (стеклянной) вставки конусообразной формы.В центре вставка имела круглое отверстие, соосное с трубкой. Схема частиразрядной камеры, поясняющая расположение пылевой ловушки, представлена наРис.28.
Серым цветом на схеме обозначена область, в которой наблюдалисьплазменно-пылевые образования. На Рис.29 представлена фотография кольцевойструктуры.60В данном исследовании использовались разрядные трубки двух размеров:разрядная трубка с диаметром 35 мм и вставкой с диаметром отверстия 6 мм вэксперименте с полидисперсными частицами; разрядная трубка диаметром 30 мми вставкой с диаметром отверстия 5 мм в эксперименте с монодисперснымичастицами меламин-формальдегида. Вертикальное магнитное поле создавалосьдвумя катушками, как было описано выше.
Разрядная трубка выставлялась такимобразом, чтобы исследуемая область оказывалась в однородном магнитном поле.В качестве пылевой компоненты применялся полидисперсный порошок изчастиц кварца произвольной формы, а также монодисперсные частицы меламинформальдегида, имеющие диаметр (1.10±0.04) и (4.10±0.14) мкм. Два типа частициспользовались по следующей причине.
Вследствие значительного диапазонаразмеров и произвольной формы частицы кварца могут занимать большевакантных позиций в плазменно-пылевой ловушке, чем монодисперсные исферические. Поэтому полидисперсные частицы применялись для того, чтобыполучить первоначальную качественную картину их поведения для широкойпространственной области. Далее, монодисперсные сферические частицы двухразмеров использовались для проведения численных оценок.Подсветка пылевого облака осуществлялась лазерным ножом толщиной 0.7мм.
Нож устанавливался горизонтально. Наблюдение и видеорегистрацияпроизводились с помощью расположенной сверху видеокамеры с разрешением0.3 Мпк и частотой смены кадров 25. Производилась последовательная съемкагоризонтальныхсеченийпылевогообразования.Примерполученногоизображения пылевой структуры представлен на Рис.29.Вэкспериментебылвыбранследующийнаборусловий:плазмоформирующие газы – неон, аргон, ксенон, а также их смеси с воздухом придавлениях от 0.04 до 0.4 Торр, разрядный ток в диапазоне от 1 до 5 мА.
Этиусловия определялись возможностью левитации пылевых частиц в структуре вформе кольца [22,64].61Величина накладываемого магнитного поля изменялась от 0 до 250 Гс. Этотдиапазон также определялся условиями левитации пылевых частиц. Вектормагнитной индукции был направлен вверх.3.1.2. Результаты, полученные в эксперименте с полидисперснымичастицами.В экспериментах с использованием полидисперсного порошка кварца былиполучены видеоролики для нескольких горизонтальных сечений, от двух дочетырех, в зависимости от величины структуры, при каждом наборе условий.
Приобработке видеоданных определялось положение изображений пылевых частиц иизмерялась вертикальная проекция их угловой скорости на направлениемагнитного поля ω.Пылевые структуры из частиц кварца имеют кольцеобразную форму сцентром, совпадающим с центром отверстия вставки. Ширина кольца Δr, егорадиус r и высота h зависят от условий, а также от количества частиц в кольце.Зависимость проекции угловой скорости частиц в пылевой структуре отрадиальной координаты частицы имеет спадающий характер.
На Рис.30.представлен график зависимости ω(r) для типичной кольцеобразной структуры,имеющей ширину 4 мм. На Рис.31 представлены зависимости угловой скоростиструктуры от вертикальной и радиальной координаты для частиц, находящихся навнутреннем rin и внешнем rout радиусах кольцеобразной структуры.Установлено, что для всех значений магнитного поля угловая скоростьвозрастает с увеличением высоты сечения над поверхностью вставки. Примерзависимости проекции угловой скорости частиц в пылевой структуре отвертикальной координаты частицы представлен на Рис.31а.Геометрическоеположениеструктурынесколькоизменяетсяприувеличении магнитного поля: ширина кольца уменьшается, вся структураподнимается над вставкой, Рис.32.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
