Введение к работе
Актуальность темы исследований
Плазма, содержащая заряженные твердые или жидкие макроскопические частицы, называется пылевой или комплексной. В зависимости от механизмов зарядки (потоки ионов и электронов, фото-, термо-, вторичная электронная эмиссия) частицы в такой плазме приобретают отрицательный или положительный заряд [1]. Пылевая плазма широко распространена в природе — она встречается на поверхностях планет и их спутниках, в планетарных кольцах, хвостах комет, межпланетных и межзвёздных пространствах [2]. Пылевая плазма обнаружена также вблизи искусственных спутников, космических станций [3, 4], в пристеночной области установок управляемого термоядерного синтеза [5, 6], камерах для производства элементов микроэлектроники [7-9] и др.
В экспериментальных исследованиях пылевой плазмы довольно часто используются методы внешних воздействий на пылевую структуру. Изучение внешних воздействий на плазменно-пылевые структуры представляет большой интерес по нескольким причинам. Так, методы воздействия, вносящие незначительные возмущения в плазму, могут быть использованы в качестве методов диагностики. Внешние воздействия могут также использоваться для контроля пространственного положения и упорядоченности плазменно-пылевых структур.
Среди внешних воздействий наиболее активно используется воздействие на частицы лазерного излучения. Параметры лазерного излучения (плотность мощности, длительность воздействия, длина волны) могут варьироваться в широких пределах, а характер самого воздействия не приводит к значительным возмущениям в исследуемой плазменно-пылевой системе, что позволяет использовать лазерное излучение как источник зондирующего излучения в оптических методах диагностики пылевой плазмы [8], а также и для диагностики, связанной с манипуляцией пылевыми структурами, отдельными или несколькими пылевыми частицами.
Таким образом, экспериментальное исследование различных эффектов воздействия лазерного излучения на плазменно-пылевые структуры представляет как фундаментальный так и прикладной интерес, связанный с созданием дисперсных композитных материалов, сепарацией частиц по размерам, а также с разработкой космических электростатических двигателей нового поколения.
Цель диссертационной работы
Основной целью данной работы является изучение эффектов воздействия лазерного излучения на плазменно-пылевые структуры в высокочастотном емкостном газовом разряде.
Основными задачами данной работы являются: экспериментальное изучение течений в плазменно-пылевых структурах, создаваемых при помощи воздействия лазерного излучения; экспериментальное изучение колебательных состояний отдельной пылевой частицы, инициированных воздействием лазерного излучения на плазменно-пылевые структуры; экспериментальное изучение вакансий в плазменно-пылевом кристалле, созданных при импульсном воздействии лазерного излучения на отдельную пылевую частицу; экспериментальное изучение зависимости формы межчастичного потенциала взаимодействия в плазменно-пылевом кластере.
Научная новизна работы:
-
Получены новые экспериментальные данные о коэффициентах сдвиговой вязкости в монослойных плазменно-пылевых кристаллических структурах.
-
Получены новые экспериментальные данные о коэффициентах сдвиговой вязкости для слабоупорядоченных плазменно-пылевых структур.
-
Выполнено возбуждение долгоживущего автоколебательного состояния отдельной макрочастицы в плазменно-пылевой ловушке при помощи воздействия лазерного импульса.
-
Получены новые экспериментальные данные о профилях парного потенциала межчастичного взаимодействия в плазменно-пылевых кластерах с различной упорядоченностью.
Практическая и научная ценность результатов
Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы широким кругом специалистов, занимающихся изучением физических свойств сильнонеидеальных кулоновских систем, в частности сильнонеидеальной плазмы. Исследования транспортных характеристик пылевой подсистемы в неидеальной плазме представляет фундаментальный интерес.
Результаты данной работы могут быть полезны для ряда приложений, связанных с созданием дисперсных композитных материалов, сепарацией частиц по размерам, а также с разработкой космических электростатических двигателей нового поколения.
Научные положения, выносимые на зашиту:
-
Результаты исследования вязкопластических свойств кристаллических и слабоупорядоченных плазменно-пылевых структур.
-
Результаты исследования долгоживущих автоколебательных состояний в жидкостных плазменно-пылевых структурах, созданных при воздействии лазерного излучения на отдельную частицу.
-
Метод определения силы взаимодействия, основанный на формировании вакансии в кристаллической плазменно-пылевой структуре.
-
Результаты исследования зависимости формы профиля парного межчастичного потенциала взаимодействия от степени упорядоченности плазменно-пылевого кластера.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: XLVI-XLVIII, XLIX и 50-54 Научных конференциях «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Москва, Долгопрудный, 2004-2011); XX-XXV International Conferences on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter and on Equations of State for Matter (Эльбрус, 2005-2011); Научно-координационных сессиях «Исследования неидеальной плазмы» (Москва, 2006-2011); XXXIII Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2006); XII Школе молодых ученых «Актуальные проблемы физики» (Звенигород, 2008); 10-й Юбилейной международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 2009); 1-3 International Conferences on the Physics Dusty and Combustion Plasmas (Odessa, Ukraine, 2007, 2010); 31-33, 35, 36 European Physical Society Conferences on Plasma Physics (2005-2006, 2008, 2009); 4, 5 International Conferences on the Physics of Dusty Plasma (2005, 2008); International Conference on Strongly Coupled Coulomb Systems (Moscow, 2005); 13 International Congress on Plasma Physics (Kiev, Ukraine, 2006); 8 Workshop on Fine Particle Plasmas Generation, Growth, Behavior, and Control of Fine Particles in Plasmas (Toki, Japan, 2007); Indo-Russian Workshop on High Energy Density Physics for Innovative Technology and Industry Applications (Pune, India, 2008); 13 International Conference on Physics of Non-Ideal Plasmas (Chernogolovka, 2009); VI International conference on Plasma Physics and Plasma (Minsk, Belarus, 2009) и др.
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 26 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах [А1 - А4] и 22 статьи в сборниках трудов конференций [А5 - А26] (список публикаций приведен в конце автореферата).
Личный вклад автора
Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 113 страниц, из них 102 страницы текста, включая 45 рисунков и 2 таблицы. Библиография включает 121 наименование на 11 страницах.
