о влиянии редких столкновений ионов на взаимодействие пылинок с плазменным потоком и между собой
Институт общей физики им. РАН, г. Москва, Россия
Сколь угодно редкие столкновения приводят к образованию облака из связанных ионов[1], которое оказывает существенное влияние на экранирование заряда пылинки, формирование ее среднего заряда и взаимодействие пылинок между собой и с потоком ионов [2 - 6].
В работах [2, 5, 6] рассматриваются силы, действующие на пылинку в ионном потоке приэлектродного слоя газового разряда. Они вызываются кулоновским взаимодействием частиц плазмы с зарядом пылинки и редкими столкновениями с атомами буферного газа. В работах [5, 6] анализируется новый эффект – появление реактивной силы, ускоряющей пылинку против ионного потока. Эта сила обусловлена столкновениями ионов потока с атомами буферного газа и передаче импульса от потока дополнительно ускоренных в поле пылинки ионов атомам буферного газа (при перезарядке ионов на атомах буферного газа). В результате атомами (которые до перезарядки были ионами) из системы «ионы + пылинка» выносится больший импульс, чем вносился ими, что и создаёт реактивную силу, направленную против потока (отрицательная сила трения). Она имеет смысл отрицательной силы трения, которая действует против потока, пытаясь ускорить пылинку, ее величина не зависит от скорости потока, пропорциональна объему пылинки и частоте перезарядки ионов.
Сила взаимодействия пылинок, обусловленная редкими столкновениями ионов (рекомбинационная сила) рассмотрена в работе [7]. Связанные ионы, при их перезарядке на атомах буферного газа, формируют радиальный поток быстрых атомов, имеющих кинетическую энергию порядка электронной температуры. Длина свободного пробега для атомов обычно очень велика, следовательно, поток атомов будет действовать на другие пылевые частицы. Таким образом, возникает эффективная сила, отталкивающая пылинки друг от друга и спадающая обратно пропорционально квадрату расстояния между частицами (эффект Лесажа [8] наоборот). Сравнение этой силы с другими силами между пылинками [8, 9] показывает, что она может давать решающий вклад в формирование пылевых структур [9]. Рекомбинационная сила, как и теневая сила, имеет дальнодействующий характер, но имеет противоположный с ней знак и может превосходить ее. Она наиболее важна для больших частиц, при высоком давлении газа и его низкой температуре.
Автор благодарит Российский Фонд Фундаментальных Исследований (проекты и NWO_a) и Нидерландское научное общество NWO (проект 047.016.020) за финансовую поддержку работы.
Литература
[1]. J. Goree // Phys. Rev. Lett. 69,
[2]. , , и др., // ЖЭТФ, 115, ; I. V. Schweigert, A. Alexandrov, F. M. Peeters// IEEE Trans. on Plasma Science 32(2), 623(2004).
[3]. , , // ЖЭТФ, 118,
[4]. M. Lampe, G. Jouce, G. Ganduli, and V. Gavrishchaka // Phys. Plasmas. 7, No. 10, 3; M. Lampe, V. Gavrishchaka, G. Ganduli, and G. Jouce // Phys. Rev. Lett. 86, 5
[5]. // Физика плазмы. Т. 30, (2005) , в печати.
[6]. // Кр. сообщ. по физ. ФИАН, №6, 32; №8,; Письма в ЖЭТФ, (2005).
[7]. // Кр. сообщ. по физ. ФИАН, (2005).
[8]. // Физика плазмы. №10. С. ; №10. С. ; №1. (2005).
[9]. , , и др. // УФН, 174,
