Исследование плазменно-пылевых кристаллов и жидкостей
в условиях микрогравитации на РС МКС

(Плазменный кристалл), 30 исследований

Постановщик(-и):

, академик РАН, ОИВТ РАН, г. Москва


    Фазовые переходы-ПК-2; МКС 16 ‑ 18

Область исследования Физика плазмы        

В целом эксперимент «Плазменный Кристалл» включает в себя 30 исследований.

Эксперимент выполняется в рамках международного сотрудничества с Немецким космическим агентством (ДЛР), обществом М. Планка (Институт внеземной физики, Германия) и Европейским космическим агентством (ЕКА).

Фазовые переходы-ПК-2

Целью космического исследования «Фазовые переходы-ПК-2» является исследование неравновесного перехода в бинарной пылевой плазме.

Выполнено исследование взаимопроникновения частиц диаметром 3,4 мкм в плазменно-пылевую систему, образованную пылевыми частицами большего диаметра, при различных условиях. Пылевая плазма формировалась путем инжектирования частиц микронного размера в разряд. Частицы визуализировались лазерным ножом, плоскость которого перпендикулярна электродам. В данных экспериментах вначале формировалась стабильная плазменно-пылевая система из частиц диаметром 9,2 мкм или 14,9 мкм. Затем в сформировавшуюся структуру инжектируются частицы диаметром 3,4 мкм.

Использование результатов эксперимента на Земле

Эксперимент имеет большое значение для фундаментальной науки, поскольку в условиях микрогравитации открываются возможности обнаружения совершенно новых эффектов в плазме с заряженными твердыми макрочастицами.

Результаты

В процессе эксперимента частицы 3,4 мкм проникают в стабильную структуру больших частиц и движутся к центру плазменной камеры. В ходе наблюдения установлено, что во внешней зоне, когда скорость проникающих частиц достаточно велика, проникновение малых частиц ведет к формированию цепочек. Большие частицы также структурируются в цепочки и образуют проходы. Формирование таких структур наблюдается в природе, когда два потока частиц движутся навстречу друг другу под действием некоторой силы.

Наблюдаемое явление представляет собой неравновесный переход, зависит от особенностей и динамики взаимодействия частиц и представляет интерес для различных областей физики. В случае экспериментов с пылевой плазмой в условиях микрогравитации возможно разрешить движение отдельной частицы и исследовать динамику перехода.

Проникновение пылевых частиц диаметром 3,4 мкм в структуру из частиц диаметром 9,2 мкм в аргоновой плазме при давлении 30 Па. Видно формирование цепочек и проходов (lane formation). Кадры получены суперпозицией последовательных изображений: малые частицы идентифицируются в виде длинных треков, большие частицы отображаются как точки.

Публикации

1. K. tterlin, A. Wysocki, A. V. Ivlev, C. Rath, H. M. Thomas, M. Rubin-Zuzic, W. J. Goedheer, V. E. Fortov, A. M. Lipaev, V. I. Molotkov, O. F. Petrov, G. E. Morfill and H. Lowen, Dynamics of Lane Formation in Driven Binary Complex Plasmas, Physical Review Letters 102 (8), 085003 (2009).

2. K. tterlin, H. M. Thomas, A. V. Ivlev, G. E. Morfill, V. E. Fortov, A. M. Lipaev, V. I. Molotkov, O. F. Petrov, A. Wysocki and H. Lowen, Lane Formation in Driven Binary Complex Plasmas on the International Space Station, Ieee Transactions on Plasma Science 38 (4), 861-868 (2010).

3. K. tterlin, A. Wysocki, C. Rath, A. V. Ivlev, H. M. Thomas, S. Khrapak, S. Zhdanov, M. Rubin-Zuzic, W. J. Goedheer, V. E. Fortov, A. M. Lipaev, V. I. Molotkov, O. F. Petrov, G. E. Morfill and H. Lowen, Non-equilibrium phase transitions in complex plasma, Plasma Physics and Controlled Fusion 52 (12), 124042 (2010).