Волновые явления в пылевой плазме тлеющего разряда при воздействии импульсного магнитного поля тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

НАУМКИН Вадим Николаевич

ВОЛНОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

01 04 08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

□ОЗ173126

Москва - 2007

003173126

Работа выполнена в Объединенном институте высоких температур РАН

Научный руководитель кандидат технических наук,

старший научный сотрудник В И Молотков

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

В А Рыков,

кандидат физико-математических наук,

доцент

В Ю Карасев

Ведущая организация Петрозаводский государственный

университет

Защита состоится« 7 » ноября_ 2007 г. в 11 ч 00 мин на

заседании Диссертационного совета Д-002 110 02 при Объединенном институте высоких температур РАН по адресу 125412, Москва, Ижорская ул 13/19

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института высоких температур РАН

Отзывы на автореферат просьба присылать по адресу 125412 Москва, Ижорская ул 13/19, ОИВТ РАН

Автореферат разослан « 5 » октября_ 2007 г

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 002 110 02 доктор физико математических наук

© Объединенный институт высоких температур РАН, 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пылевая плазма представляет собой систему, состоящую из свободных электронов и ионов, нейтральных молекул и макроскопических пылевых частиц размером 1-100 мкм Благодаря большому заряду пылевых частиц (102—105 электрона) потенциальная энергия взаимодействия между ними, пропорциональная произведению зарядов взаимодействующих частиц, может намного превосходить их среднюю тепловую энергию, что означает возникновение сильнонеидеальной плазмы [1,2] Анализ показывает, что при определенных условиях сильное межчастичное взаимодействие приводит к фазовым переходам типа «жидкость - твердое тело» и возникновению пространственно-упорядоченных структур, аналогичных упорядоченным структурам в жидкости или твердом теле

В начале 90-х годов прошлого века рост интереса к пылевой плазме связан с открытием плазменно-кристаллических структур Предсказанная вначале теоретически [3] кристаллизация пылевых частиц в низкотемпературной плазме была затем экспериментально обнаружена в плазме высокочастотного разряда вблизи приэлектродной области [4,5,6] Затем упорядоченные структуры макрочастиц были обнаружены в термической плазме [7], плазме положительного столба тлеющего разряда постоянного тока [8], в ядерно-возбуждаемой пылевой плазме [9]

Присутствие сильнозаряженных пылевых частиц в плазме существенным образом сказывается на коллективных процессах Пылевая компонента может не только модифицировать, но зачастую и определять спектр колебаний, влиять на эффекты затухания и неустойчивости Наличие пылевых частиц приводит к возникновению новой ветви колебаний - пылевого звука [10] Благодаря низкой частоте (1-100 Гц) эти колебания особенно привлекательны с экспериментальной точки зрения Изучение волновых явлений в пылевой плазме (солитоны, ударные волны, конусы Маха, линейные пылеакустические волны) сложилось в самостоятельную область среди современных направлений исследований в области пылевой плазмы

В настоящее время в ряде лабораторий наряду с исследованиями образования упорядоченных структур, кристаллизации и фазовых переходов в системе пылевых частиц, процессов зарядки пыли в различных условиях, взаимодействия между частицами в плазме ведутся теоретические и экспериментальные исследования возникновения и распространения различных волн в пылевой компоненте [2, 11]

Цель диссертационной работы. Основной целью работы является экспериментальное исследование волновых явлений в пылевой компоненте плазмы тлеющего разряда постоянного тока, генерируемых при внешнем

импульсном воздействии на плазменно-пылевые структуры, получение количественных данных о параметрах возмущения пылевой компоненты, исследование поведения пылевых частиц из различных материалов Научная новизна работы состоит в следующем

1 Выполнено экспериментальное исследование нелинейных колебаний пылевой компоненты в 3-мерной плазменно-пылевой структуре из немагнитных и парамагнитных сферических частиц, генерируемых импульсным магнитным полем

2 Впервые наблюдалось укручение фронта уплотнения пылевой компоненты при скорости распространения фронта, превышающем скорость пылевого звука, что позволяет трактовать данное нелинейное возмущение как ударную волну в пылевой компоненте

3 Получены аномальные значения сжатия и изменения температуры в ударной волне пылевой компоненты

4 Экспериментально определена скорость пылевого звука по тепловым колебаниям пылевой компоненты

5 Предложен метод формирования волн в пылевой компоненте с варьируемой плотностью

6 Получены экспериментальные данные зависимости скорости фронта ударной волны от плотности пылевой компоненты

Научная и практическая ценность. Новым направлением в изучении свойств пылевой плазмы является применение внешних воздействий на плазменно-пылевые структуры Внешние воздействия используются для введения в пылевую плазму дополнительной энергии с целью изучения их поведения в экстремальных условиях В диссертационной работе предложен метод воздействия на пылевую плазму тлеющего разряда постоянного тока импульсом магнитного поля Полученные результаты показывают, что метод может использоваться для генерации возмущения плотности пылевой компоненты и получения новой информации о развитии нелинейных пылевых волн Апробированный в работе анализ тепловых колебаний пылевой компоненты показывает возможность его использования для диагностических целей Результаты работы могут применяться при создании плазменных установок с внешними воздействиями, управляющими поведением заряженных пылевых частиц

Научные положения, выносимые на защиту.

• Метод воздействия на плазменно-пылевую структуру импульсным магнитным полем с целью генерации возмущения плотности пылевой компоненты

• Метод двух - импульсного воздействия магнитного поля на плазменно-пылевую структуру для исследования распространения волн в пылевой компоненте с варьируемой плотностью

• Применение двумерного Фурье - анализа для определения скорости пылевого звука по тепловым колебаниям пылевой компоненты в трехмерной пылевой структуре

• Результаты экспериментального исследования образования и распространения фронта возмущения плотности пылевой компоненты (обнаружение разрыва плотности, формирование фронта, укручение фронта при скорости его распространения, превышающем расчетную скорость звука, аномальное значение сжатия и изменения температуры пылевой компоненты)

Апробация результатов работы. Результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на научных семинарах ИТЭС ОИВТ РАН (Москва), 4-м и 5-м Российском семинаре «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды» (МИФИ, Москва, 2003 и 2006 гг), Всероссийских конференциях «Физика низкотемпературной плазмы - 2004 и 2007» (Петрозаводск 2004 и 2007 гг ), XIX Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус 2004 г ), Международной конференции по физике пылевой плазмы и приложениям (Одесса, Украина, 2004 г), Международной научной конференции «Электротехника, энергетика, экология» (Санкт-Петербург,

2004 г), 31-й Международной конференции Европейского физического общества по физике плазмы (Лондон, Великобритания, 2004 г), 4-й Международной конференции по физике пылевой плазмы (Орлеан, Франция,

2005 г), Международной конференции по сильно неидеальным кулоновским системам (Москва, 2005 г), IV Всероссийской конференции по Физической электронике - 2006 (Махачкала, 2006 г ), V Международной конференции по физике плазмы и плазменным технологиям (Минск, Беларусь, 2006 г)

Публикации. Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, опубликованы в 13 печатных работах

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка литературы и приложения Содержание работы изложено на 99 страницах, включая 39 рисунков и 5 таблиц Список литературы состоит из 49 наименований

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуальность работы, поставлены цели, отображена научная новизна и сформулированы положения, выносимые на защиту

Глава 1 посвящена обзору литературы Практически одновременно с кристаллизацией пылевой плазмы экспериментально было обнаружено существование новых низкочастотных колебаний (пылевого звука) и неустойчивостей, приводящих к самовозбуждению бегущих волн [12, 13, 14, 15, 16] Это вызвало повышенный интерес к экспериментальному и теоретическому изучению волновых процессов в пылевой плазме Самовозбуждающиеся колебания плотности пылевой компоненты наблюдались в плазме (^-машины [15], в стратах положительного столба тлеющего разряда постоянного тока [16], в плазме высокочастотного индуктивного разряда [17] Спонтанное возникновение пылезвуковых колебаний обусловлено потоковой неустойчивостью и вариациями заряда пылевых частиц [12] В настоящее время вызывают интерес работы по исследованию волн в пылевой плазме, возбуждаемых различными внешними воздействиями При наложении внешнего низкочастотного электрического поля возможно возбуждение колебаний в существующей пылевой структуре и получение экспериментальной зависимости волнового числа от частоты (дисперсионного соотношения). Последующее сопоставление с теорией дает возможность оценки таких параметров, как заряд пылевой частицы и длина экранирования Недавно [18] предложено использовать экспериментальное дисперсионное соотношение для определения существования притяжения между заряженными пылевыми частицами Внешние воздействия могут применяться для управления пространственным положением и упорядоченностью плазменно-пылевых структур [19], а также использоваться для введения в плазменно-пылевые структуры дополнительной энергии с целью изучения их поведения в экстремальных условиях [2] Отметим, что в настоящее время применение внешних воздействий в пылевой плазме сложилось в самостоятельное направление исследований Особый интерес представляет использование внешних воздействий для возбуждения колебаний пылевой компоненты с большой амплитудой Для этой цели используются воздействие на частицы лазерным излучением [20], «электростатическое» воздействие [21], газодинамическое воздействие [22]

В работе [21] в плазме высокочастотного емкостного разряда возмущение плотности частиц создавалось путем подачи отрицательного импульса напряжения на проволоку, расположенную под монослоем (двумерная пылевая структура) в плоскости, параллельной электроду Получена волна сжатия, распространявшаяся со скоростью 20-40 мм/с Из анализа результатов эксперимента авторами сделан вывод, что произведение амплитуды возмущения на квадрат ширины возмущения постоянно при распространении возмущения, откуда следует, что полученная волна плотности представляет собой солитон

Методом «газодинамического» воздействия [22, 23, 24] в плазме тлеющего разряда постоянного тока генерировались пылеакустические волны с большой амплитудой Для создания воздействия использовался поршень, находившийся вне области разряда и приводившийся в движение постоянным магнитом При взаимном смещении пылевых частиц и страты в структуре возникала неустойчивость Возникшее возмущение состояло из двух областей сжатия, разделенных областью разрежения Обе области распространялись со скоростями порядка скорости пылевого звука Отметим, что укручение фронта волны плотности в этой работе не наблюдалось

Интересный результат получен при исследовании трехмерной пылевой плазмы в условиях микрогравитации на установке «Плазменный кристалл 3» [25] Пылевое облако были поджато газовым потоком, возникшем при кратковременном открытии электромагнитного клапана напуска газа, в результате чего возник импульс сжатия в пылевой компоненте Максимальная скорость фронта возмущения составляла 5 мм/с Оценка пылезвуковой скорости, выполненная авторами, дает 7 мм/с перед фронтом и 9,5 мм/с за фронтом Экспериментально получена счетная плотность пылевых частиц в области распространения возмущения Получен разрыв плотности пылевой компоненты перед фронтом возмущения плотность в 3 раза ниже по сравнению с плотностью частиц за фронтом В работе укручение фронта не обнаружено

Таким образом, благодаря использованию внешних воздействий был получен ряд интересных результатов продольная уединенная волна в двумерной пылевой плазме, волна большой амплитуды в пылевой плазме положительного столба, волна возмущения в трехмерной пылевой плазме в условиях микрогравитации Представляет интерес дальнейшее развитие методов внешних воздействий на пылевую плазму и детальное исследование поведения возмущенной пылевой структуры с целью обнаружения новых эффектов, что и выполняется в настоящей диссертационной работе

В первой главе дан обзор экспериментальных работ по применению различных типов внешних воздействий к плазменно-пылевым структурам

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки, используемым методам внешних воздействий и методикам обработки видеоизображений пылевых структур Установка по исследованию пылевой плазмы (рис 1) представляет собой вертикально ориентированную разрядную трубку, в которой создается тлеющий разряд с холодными электродами Формирование пылевой структуры происходит в результате приобретения заряда пылевыми частицами, попавшими в область страты Наблюдение рассеянного света от частиц производится с помощью видеокамеры

В разделе 2.1 приводится схема вакуумной части установки и приведены особенности системы откачки и напуска газа. Давление остаточного газа составляет порядка 10"3 торр, рабочее давление неона находится в диапазоне 0,1-2 торр.

В разделе 2.2 дано описание электроразрядного устройства. Разрядная трубка выполнена из молибденового стекла круглого сечения диаметром 3 см и высотой 50 см, в которой сделаны дополнительные боковые ответвления для электродов. Расстояние между электродами составляет 40 см. Используемый источник питания имел стабилизацию по току. Выходное напряжение варьировалось от 10 до 1600 В, выходной ток - от 0,01 до 16 мА.

В разделе 2.3 приводится описание схемы визуализации пылевой структуры. Подсветка осуществлялась лазерным ножом от твердотельного лазера с диодной накачкой. Мощность лазера составляла около 100 мВт. Ширина лазерного ножа составляла 2 см. Перетяжка формировалась на расстоянии 11 см и имела толщину 230 мкм. Наблюдение велось с помощью черно-белой скоростной цифровой видеокамеры РИгиПот-З, имеющей высокую чувствительность и скорость записи до 1000 кадров в секунду при максимальном разрешении 1024 на 1024 пикселя. Объем памяти составлял 4 Гб. Описывается методика измерения толщины перетяжки лазерного ножа.

В разделе 2.4 обсуждаются методы обработки видеоизображения пылевой структуры. В данной работе основной задачей было наблюдение формирования и распространения фронта возмущения в пылевой компоненте, вызванного внешним воздействием. Так как во фронте наблюдается изменение плотности, то целью обработки видеоизображения было получение распределения плотности пылевой компоненты вдоль оси распространения возмущения. Эта задача была реализована двумя способами, основанными на разных механизмах обработки. Первый способ заключается в обработке структуры как целого, не отслеживая положения отдельных частиц. Второй способ в качестве объекта обработки использует отдельные пылевые частицы, из которых состоит пылевое облако.

В разделе 2.4.1 описываются особенности определения параметров фронта возмущения по профилю яркости пылевого облака.

В разделе 2.4.2 дан алгоритм определения координат пылевых частиц.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки по исследованию плазменно-пылевых структур

В разделе 2.4.3 описывается методика определения счетной плотности пылевых частиц, скоростей движения и кинетической температуры пылевых частиц из экспериментальных видеокадров

В разделе 2.5 рассматриваются два метода создания возмущения пылевой компоненты в плазме тлеющего разряда постоянного тока на основе воздействия на пылевую плазму импульсным магнитным полем

В разделе 2.5.1 описывается поведение страты под воздействием импульса магнитного поля Было обнаружено, что при наложении импульса аксиального магнитного поля на плазму стратифицированного тлеющего разряда постоянного тока страта всегда смещается в сторону от катода к аноду, независимо от положения катушки, создающей магнитное поле (выше или ниже страты), и направления тока в катушке Такое поведение страты, по видимому, объясняется тем, что при наложении на участок положительного столба магнитного поля скорость ионизации и электронная температура в первый момент не успевают «подстроиться» к новым условиям, и из-за уменьшения коэффициента амбиполярной диффузии возрастает концентрация электронов [26] Под действием электрического поля происходит движение избыточных электронов в направлении к аноду, а, следовательно, в этом же направлении происходит движение страты Этот эффект был положен в основу метода воздействия на страту, в которой левитирует пылевая структура, с целью генерации возмущения плотности пылевой компоненты Если подать достаточно мощный и резкий импульс магнитного поля, приводящий к смещению страты к аноду (обычно за время порядка 1 мс), то поддерживающее электрическое поле покинет область пылевой структуры, и, если пылевые частицы достаточно массивны, их инерция не позволит им последовать за электрическим полем Это поведет к тому, что пылевая структура окажется в области слабого электрического поля, находящегося ниже страты, где оно уже будет неспособно уравновешивать земное притяжение, вследствие чего пылевая структура начнет падать вниз, смещаясь от своего положения равновесия с прежним положением страты При возвращении страты в начальное положение после окончания действия магнитного импульса должно происходить резкое ускорение пылевых частиц, попадающих в область действия сильного электрического поля Это должно привести к созданию разрыва плотности в пылевой структуре и, возможно, к формированию фронта ударной волны в пылевой компоненте

В разделе 2.5.2 приводится описание электрической схемы (рис 2), реализующей предложенный метод внешнего воздействия на плазменно-пылевое образование Диаметр проволоки составлял 1 мм Катушка представляла собой плоскую спираль из 16 витков Выбор геометрии катушки обусловлен необходимостью уменьшения поперечного сечения для удобства

наблюдения пылевой структуры. Батарея конденсаторов разряжается на катушку. Время нарастания тока - менее 0,1 мс, время спада - до 20 мс. Максимальный ток составлял 90 А, что обеспечивает расчетную напряженность магнитного поля на оси трубки 0,027 Тл.

б)

20 мс

VL

R,

с,

с,

R.

схема задержки

U.,= до 1200 В

Рис. 2. Схема эксперимента с одиночным импульсом магнитного поля: а) электрическая схема; б) форма импульса тока в катушке, г— характерное время спада

В разделе 2.5.3 приводится описание электрической схемы (рис. 3) для реализации метода наложения двух последовательных импульсов магнитного поля с регулируемой задержкой и амплитудой. В этом случае используются две батареи конденсаторов и введена схема задержки, позволяющая устанавливать временной интервал между последовательной разрядкой батарей конденсаторов. Схема задержки, выполненная в виде отдельного блока, позволяла варьировать значения задержки в пределах от 10 до150мс. Временной интервал между импульсами определялся по смещению страты на видеозаписи. Точность определения оценивается равной времени длительности кадра и равняется 1 мс для видеозаписей с частотой кадров 1000 кадров в секунду. Приведены электрические характеристики используемых элементов, позволившие достичь расчетного значения магнитного поля на оси 0,075 Тл.

В разделе 2.6 даны выводы по главе 2.

Глава 3 посвящена результатам экспериментального исследования плазменно-пылевых волн, возбуждаемых импульсным магнитным полем.

ъ

я,

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема для экспериментов с наложением двух последовательных импульсов с регулируемой задержкой между ними

В разделе 3.1 приводятся результаты эксперимента, в котором впервые получена ударная волна в пылевой компоненте плазмы тлеющего разряда постоянного тока. В эксперименте реализован метод воздействия на пылевую структуру импульсом аксиального магнитного поля, описанный в разделе 2.5.1. Эксперимент выполнялся при давлении неона 0,4 торр и разрядном токе 4,2 мА. Пылевая структура формировалась из монодисперсных частиц из меламинформальдегида диаметром 1,87 мкм. Амплитуда импульса тока составляла 90 А, что обеспечивало индукцию магнитного поля до 0,015 Тл. Видеозапись проводилась со скоростью 1000 кадров в секунду с разрешением 20 мкм на точку. При включении импульса страта смещается в направлении к аноду за время, меньшее 1 мс. Распределения электрического поля и средней энергии электронов смещаются вместе со стратой, что ведет к уменьшению поддерживающей пылевые частицы электрической силы. Пылевые частицы начинают смещаться вниз к катоду. В процессе возвращения страты после прекращения действия магнитного импульса происходит растяжение пылевой структуры (рис. 4,6) с последующим разделением на две области с различной плотностью пылевых частиц с резкой границей (рис. 4,в).

а) I б) I в) I г) I д)

1: = 0 I 1 = 50мс| I = 70 мс I г = 90 мс 11=1 Юме

Рис. 4. Последовательность видеоизображений, представляющая развитие фронта ударной волны в пылевой плазме. Размер фрагментов 5x16,5 мм

Используя координаты частиц, определенные с субпиксельным разрешением для каждого кадра, рассчитывались распределения плотностей и скоростей частиц в каждый момент времени. На рис. 5 приведены профили счетной плотности частиц для четырех моментов времени. На вставке в верхнем правом углу рис. 5 приведены значения плотности пылевой компоненты в области низкой плотности в логарифмическом масштабе.

Вертикальная координата (мм)

—— 50 мс ...... 90 мс

---70 мс ........ 110 мс

Рис. 5. Распределение плотности пылевых частиц для видеокадров на рис. 4

Перед фронтом возмущения плотность

Из рисунка видно, что этот фронт волны испытывает укручение в период от 50 до 90 мс. В моменты времени 90 и 110мс наклоны фронта возмущения примерно одинаковы, т.е. можно заключить, что фронт достигает стационарного состояния. Средняя скорость фронта после того, как он становится стационарным, составляет 3,8 см/с. В структуре до возмущения плотность пылевых частиц составляла 6-104 см"3. После формирования волны в пылевой компоненте, за фронтом возмущения плотность частиц составила 6,5-104 см"3, за время 60 мс плавно уменьшалась отЗ-104 до 5-103 см"'. Полученная из смещения частиц карта скоростей подтверждает, что наблюдается реальный разрыв плотности и скорости пылевой компоненты. На рис. 6 представлено распределение скоростей пылевых частиц и их кинетическая температура по вертикальной и горизонтальной осям. Гистограммы содержат измеренные скорости пылевых частиц, сплошные кривые соответствуют аппроксимации по Гауссу. Скорость частиц в лабораторной системе координат в области разряжения направлена вверх и в среднем составляет и¡= 5,1 см/с. За фронтом частицы двигаются вниз со средней скоростью около и2- 0,8 см/с. Движение самого фронта в лабораторной системе отсчета происходит со скоростью Г= 3,8 см/с в направлении вниз. Следовательно, скорость движения фронта относительно среды с низкой полностью составляет £>,= Ц/ + ¥= 8,9 см/с. В горизонтальной области температуры частиц в областях до и после фронта примерно одинаковы и составляют порядка 2 эВ. В вертикальной плоскости кинетическая температура до фронта в три раза выше, чем после фронта.

Полученная экспериментально скорости распространения фронта волны сжатия сравнивалась с пылеакустической скоростью:

Сл,=

nd

(1)

где Zd - заряд пылевой частицы, та — масса пылевой частицы, nd — концентрация пылевых частиц, и, - концентрация ионов, Т, - температура ионов. Был выполнен анализ зависимости Cda от nd, полагая, что концентрация электронов пе не зависит от концентрации nd, используя выражения для потоков электронов и ионов в орбитальном приближении и условие квазинейтральности

И; = пе + П112л. В условиях эксперимента концентрация электронов составляла пе= 5-108 см"3, температура электронов Те= 3 эВ и температура ионов Т,= 0,03 эВ. Расчетная пылеакустическая скорость растёт с ростом концентрации п^ и находится в диапазоне 1-н2,5 см/с. Таким образом

можно заключить, что наблюдавшаяся волна плотности в пылевой компоненте имела сверхзвуковую скорость с числом Маха от 3,6 до 8,9.

Скорость, см/с

Вертикальная ось

Температура 9.2±0.7 эВ Скорость дрейфа 5.14±0.07 см/с

Вертикальная ось

ш Температура

3.11±0.04 эВ Скорость дрейфа 0.82±0.01 см/с

Скорость, см/с

Рис. 6. Распределение скоростей пылевых частиц Распространение ударной волны происходит в среде с уменьшающейся концентрацией макрочастиц. Однако в области за фронтом концентрация пылевых частиц остаётся почти постоянной. Поэтому степень сжатия (отношение концентраций частиц перед и после фронта) постоянно возрастает и достигает значения 15. Это значение превосходит максимальную степень сжатия для ударных волн в газе и твердых телах, равную 10 [27]. Возможные объяснения данного эффекта связаны со специфическими особенностями пылевой плазмы, такими как возможность перекачки энергии между пылевой компонентой и фоновой плазмой, и уменьшение заряда частиц с ростом их концентрации. Этот результат получен впервые и не наблюдался в предыдущих экспериментах с нелинейной волной в условиях микрогравитации [25].

В разделе 3.2 приводятся результаты поисковых экспериментов по использованию пылевых частиц из магнитного материала. В отличие

Перед фронтом

Горизонтальная ось

Температура 1.7±0.1 эВ

За фронтом

Горизонтальная ось

Температура

1.9840 .08 зВ

от диэлектрических частиц из меламинформальдегида, использованных ранее, на такие частицы должно оказывать воздействие не только изменение фоновой плазмы, вызванное импульсом магнитного поля, но и сами частицы должны испытывать воздействие магнитного поля, что может стать дополнительным возмущением пылевой компоненты Модификация электрической схемы позволила достичь амплитуды магнитного поля 0,06 Тл

Эксперимент проводился при следующих параметрах давление неона составляло 0,5 торр, ток разряда - 2 мА, напряжение зарядки конденсаторов -2,2 кВ В качестве пылевой компоненты использовались частицы из парамагнитного материала (диаметр 4 мкм, плотность 1,5 г/см , магнитная проницаемость 4) Максимальное смещение пылевой компоненты под воздействием магнитного поля наблюдалось через 9 мс и составило 160 мкм В дальнейшем поведение пылевой структуры ничем не отличалось от поведения структуры из диэлектрических частиц Предполагаемого дополнительного заметного возмущения пылевой структуры не произошло, по видимому, вследствие недостаточного уровня магнитной силы, воздействующей на частицы

Раздел 3.3 посвящен результатам экспериментов по исследованию распространения волн в пылевой компоненте при наложении двух последовательных импульсов магнитного поля Эксперимент проводился при давлении неона 0,8 торр, токе разряда 5 мА Частицы из меламинформальдегида диаметром 1,87 мкм, попадая в страту, формировали типичную пылевую структуру Конденсаторные батареи заряжались до максимального напряжения 2200 В Интервал между импульсами составлял 128 мс Расчетное значение максимального магнитного поля составило 0,075 Тл для каждого импульса. Видеосъемка проводилась со скоростью 1000 кадров в секунду

На рис 7 приведены распределения плотности пылевой компоненты по вертикальной оси, полученные из обработки видеоизображений Видно, что формирование волн как от первого, так и от второго возмущения качественно идентично. Исключение состоит в том, что вторая волна формируется в пылевой структуре с меньшей плотностью и достигает меньшей амплитуды Это объясняется тем, что некоторое число частиц из нижней части пылевой структуры после первого импульса сильно смещается вниз, в результате чего они покидают пылевую структуру, тем самым приводя к уменьшению плотности в этой области Наложение волн реализовать не удалось в связи с недостаточной протяженностью пылевой структуры

Анализ результатов описанного эксперимента показывает, что, варьируя время между импульсами и напряжение зарядки конденсаторов, можно получить распространение волн в среде с разной плотностью при неизменных параметрах газового разряда и амплитуде воздействующего импульса, а также

определить экспериментальную зависимость распространения фронта возмущения от плотности пылевой компоненты при постоянных параметрах фоновой плазмы.

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

вертикальная координата, мм вертикальная координата, мм

Рис. 7. Счетная плотность пылевой компоненты вдоль вертикальной оси

На рис. 8 приведена экспериментальная зависимость скорости фронта от плотности пылевой компоненты. Эксперименты проводились при давлении неона 0,3 торр. Более низкое давление по сравнению с предыдущими экспериментами использовалось с целью уменьшения затухания колебаний в пылевой компоненте. Ток разряда составлял 3 мА. Использовались частицы из ме-ламинформальдегида диаметром 1,87 мкм. Выполнены 4 серии экспериментов со следующими параметрами: серия 1 - напряжение на конденсаторах и = 2 кВ, время задержки между импульсами АТ = 102 мс; серия 2 - 11= 1 кВ, ЛТ = 102 мс; серия 3 - £/= 1 кВ, ЛТ= 12 мс; серия 4 -£/= 2 кВ, ЛТ= 13 мс. В сериях 1 и 2 волны генерировались от каждого импульса, а в сериях 3 и 4 генерировалась только одна волна. Полученная зависимость скорости фронта от плотности перед фронтом показывает тенденцию уменьшения скорости с ростом плотности. Видно, что в исследованном диапазоне плотностей скорость фронта слабо изменяется и значительно превосходит расчетную скорость пылевого звука.

Плотность пылевых частиц перед фронтом, 103 см"1 Рис. 8. Экспериментальная зависимость скорости фронта от плотности пылевой компоненты (точки):

Сплошная линия - линейная аппроксимация экспериментальных точек. Пунктирная кривая -расчетная скорость пылевого звука. Первая цифра обозначает номер серии, вторая — номер импульса

В разделе 3.4 приведены результаты применения Фурье-анализа для обработки собственных тепловых колебаний пылевых частиц. Согласно [28] амплитуда волны У(к,а>) определяется как:

Т Ь

Ука=2/ТьЦи(г , 0 ехр[-/(Ь" - 0){)\с]гЛ П)

о о

где и - скорость частицы, к - волновой вектор, со - частота, Ь и Т - длина и период, по которым производится интегрирование движения частицы.

к = 1 отн.ед. со = 39 отн.ед. С4а = 4 - 8,2 см/с

Рис. 9. Вид пылевой структуры в эксперименте по определению пылезвуковой скорости (а). Квадратом обозначена область, в которой проводилась обработка положения частиц и их скоростей. Плотность пылевой компоненты 5-104 см"3. Двумерный Фурье-спектр (б): к - волновое число (1 отн.ед.= 2,44 см"1); со - частота (1 отн.ед.= 0,5 с"1); У(к,со) - амплитуда колебаний

Метод позволяет выделить длины и частоты волн, имеющих наибольшую амплитуду. Используя найденные параметры, можно определить скорость распространения этих волн. Определенную скорость можно поставить в соответствие с пылезвуковой скоростью. Для апробации этого метода в ЗЭ пылевой структуре необходима видеозапись структуры, к которой не прилагается внешнее воздействие. Скорость и продолжительность видеозаписи следует выбирать, исходя из предполагаемого диапазона частот колебаний. Для условий тлеющего разряда это обычно 1-50 Гц. Для апробации метода обрабатывалась видеозапись пылевой структуры, полученной в эксперименте при токе 4,2 мА и давлении неона 0,4 торр. Общий вид структуры и область обработки показаны на рис. 9,а. Скорость видеозаписи была установлена в 100 кадров в секунду. Для обработки была выбрана центральная часть размером 256 на 256 пикселя. На рис. 9,6 приведен спектр колебаний для вертикальной оси (вдоль оси трубки). На нем отчетливо виден

пик, выделяющийся на общем фоне Этот пик соответствует колебаниям, имеющим частоту со от 19,5 до 20 с*' и волновому числу к от 2,44 до 4,88 см"1 Используя зависимость V = со/к, получим диапазон скоростей для волн с такими параметрами от 4 до 8,2 см/с, соответствующий скорости пылевого звука

В разделе 3.5 изложены выводы по третьей главе

В заключении сформулированы основные результаты работы

1 Выполнено экспериментальное исследование нелинейных колебаний пылевой компоненты в 3-мерной плазменно-пылевой структуре из немагнитных и парамагнитных сферических частиц, генерируемых импульсным магнитным полем

2 Впервые наблюдалось укручение фронта уплотнения пылевой компоненты при скорости распространения фронта, превышающем скорость пылевого звука, что позволяет трактовать данное нелинейное возмущение как ударную волну в пылевой компоненте

3 Получены аномальные значения сжатия и изменения температуры в ударной волне пылевой компоненты

4 Экспериментально определена скорость пылевого звука по тепловым колебаниям пылевой компоненты

5 Предложен метод формирования волн в пылевой компоненте с варьируемой плотностью

6 Получены экспериментальные данные зависимости скорости фронта ударной волны от плотности пылевой компоненты

Приложение содержит текст программы на Matlab для получения спектра колебаний методом двумерного Фурье преобразования

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1 Наумкин В Н, Торчинский В И, Пустылъник МЮ, Молотков В И, Петров О Ф, Фортов В Е Импульсное электромагнитное воздействие на плазменно-пылевые структуры Физика экстремальных состояний вещества - 2004, Черноголовка - 2004, с 197-199

2 Торчинский В И, Наумкин В Н, Пустылъник МЮ, Молотков В И, Петров О Ф, Фортов В Е Импульсное электромагнитное воздействие на плазменно-пылевые структуры Тезисы XIX международная конференция «Уравнения состояния вещества» Эльбрус - 2004, с 146-147

3 Торчинский В И, Наумкин В Н, Пустылъник МЮ, Молотков В И Электромагнитное импульсное воздействие как метод формирования ударных волн в пылевой плазме Международная конференция Электротехника, энергетика, экология 12-15 сентября 2004, Санкт-Петербург, с 235-237

4 Torchinsky VM, Pustylmk MY, Naumkin VM et al Shock waves in dc glow discharge dusty plasma International Conference on Physics of Dusty and Combustion Plasmas Odessa, Ukraine, 25-28 August 2004, Contributions, p 8386

5 Fortov VE, Petrov OF, Molotkov VI, Poustylmk MY, Torchinsky VM Naumkin VN and, Khrapak A G Shock wave formation in a dc glow discharge dusty plasma // Physical Review E, 2005, 71, p 036413

6 Torchinsky VM, Naumkin VN, Molotkov VI, Fortov VE, Petrov OE, Khrapak A G, Poustylmk M Y Dust Waves Excited in DC Glow Discharge Plasma // New vistas in dusty plasmas, ed L Boufendi M Mikikian P К Shukla, Melville, New York, 2005, p 363-366

7. Naumkin VN, Molotkov VI, Torchinsky VM, Khrapak AG, ShershnevEA Dusty plasma structures in an impulse magnetic field // Plasma physics and plasma technology, contribution papers, V 1, Minsk, Belarus, 2006, p 380-383.

8 Наумкин BH Торчинский BM Молотков В И Шершнев ЕА Пылевая плазма тлеющего разряда постоянного тока при воздействии импульсного магнитного поля // 5-й Российский семинар «Современные средства диагностики плазмы и их приминение для контроля веществ и окружающей среды» Москва, МИФИ, 27-29 июня 2006, с. 58-60.

9 Наумкин ВН, Молотков В И, Рогова СМ, Шершнев ЕА Возбуждение нелинейных волн в пылевой компоненте импульсным электромагнитным воздействием // IV Всероссийская конференция ФЭ-2006 (23-26 октября 2006г, Махачкала), ДГУ, 2006, с 55-57

10. Naumkin VN, Molotkov VI, Torchinsky VM, Poustylmk M Y, Khrapak A G Dusty plasma structures in an impulse magnetic field // Conference on Strongly Coupled Coulomb Systems, June 20-25, 2005, Moscow, Russia, p 54

11 Poustylmk MY, Molotkov VI, Torchinsky VM, Naumkin VN, Khrapak A G, Chernyshev A V, Petrov OF, Fortov VE Large-Amplitude and Shock Waves in a dc Glow Discharge Plasma // In CD proc. of 31st European Physical Society Conference on Plasma Physics, 28th June to 2nd July 2004, Imperial College London 28G (0-4 10)

12 Наумкин BH, Торчинский BM, Рогова CM, Молотков В И, Шершнев Е А, Зизина А Г Методы возбуждения нелинейных волн в пылевой плазме и результаты экспериментов // Материалы Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпературной плазмы - 2007» 24-28 июня 2007, Петрозаводск, т 2, с 219- 223

13 Молотков В И, Петров ОФ, Пустыльник МЮ, Торчинский ВМ, Наумкин ВН, Храпак А Г Нелинейные и ударные волны в пылевой компоненте плазмы тлеющего разряда // Научные труды ИТЭС ОИВТ РАН, 2004, вып 6, с 261

ЛИТЕРАТУРА

1 Цытович В Н УФН 167 57 (1997)

2 Фортов BE и dp УФН 174 495 (2004)

3 Ikezi Н Phys Fluids (29) 1764 (1986)

4 ChuJH.IL Phys Rev Lett 72 4009(1994)

5 Thomas H et al Phys Rev Lett 73 652 (1994)

6 Hayashi Y, Tachibana К Jpn J Appl Phys 33 L804 (1994)

7 Fortov VE etal Phys Lett A 219 89 (1996)

8 Фортов BE и dp Письма в ЖЭТФ 64 86 (1996)

9 Fortov VE et al Phys Lett A 258 305 (1999)

10. Rao NN, ShuklaPK, YuMY Planet Space Sci 38 543 (1990)

11 Fortov VE et al Physics Reports 421 1-103 (2005)

12 Fortov VE etal Phys Plasmas 7 1374(2000)

13. Sorasio G, Resendes DP, ShuklaPK Phys Lett. A 293 67 (2002)

14 ChuJ H,DuJ-B, IL J Phys D Appl Phys 27 296(1994)

15 Barkan A , Merlino R L, D'Angelo N Phys Plasmas 2 3563 (1995)

16 Молотков В И и dp ЖЭТФ 116 902 (1999) 17. ЗобнинАВ и др ЖЭТФ 122 500 (2002)

18 Цытович В Н УФН 177 4 (2007)

19 KarasevVYu etal Phys Rev E 74 066403 (2006)

20 Nosenko V, Nunomura S, Goree J Phys Rev Lett 88 215002(2002)

21 SamsonovD et al Physical Review Letters 88 095004 (2002)

22 Fortov VE et al Phys Rev E 69 016402 (2004)

23 Молотков В И и dp ТВТ 42 6 821 (2004)

24 ПустыльникМЮ и dp ТВТ 42 4 661 (2004)

25 SamsonovD etal Phys Rev E 67 036404 (2003)

26 Грановский В JI «Электрический ток в газе», «Наука» §69 с462 (1971)

27 Zeldovich Ya В and Raizer Yu P, Physics of Shock Waves and High Temperature Hydrodynamic Phenomena, Academic, New York, (1967)

28 Nunomura S etal Phys Rev Lett 89 035001 (2002)

НАУМКИН Вадим Николаевич

ВОЛНОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Автореферат

Подписано в печать 03 10 07 Формат 60x84/16

Печать офсетная Уч -издл 1,25 Усл-печл 1,16

Тираж 100 экз Заказ №129 Бесплатно

ОИВТ РАН 125412, Москва, Ижорская ул ,13/19

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Самовозбуздающиеся колебания плотности пылевой компоненты.

1.2. Возбуздение волн в пылевой плазме внешними воздействиями.

1.2.1 Конусы Маха.

1.2.2 Продольная уединённая волна в двумерной сильно взаимодействующей пылевой плазме.

1.2.3 Возбуждение пылеакустических волн в пылевой плазме тлеющего разряда постоянного тока при помощи импульсного газодинамического воздействия.

1.2.4 Волна возмущения, генерированная газодинамическим воздействием в ЗИ пылевой плазме в условиях микрогравитации.

1.3. Выводы.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

2.1. Описание системы откачки и наполнения газом.

2.2. Описание электроразрядного устройства.

2.3. Описание системы визуализации пылевых структур.

2.4. Методы обработки видеоизображения.

2.4.1 Определение параметров фронта возмущения по профилю яркости пылевого облака.

2.4.2 Алгоритм определения координат пылевых частиц.

2.4.3 Определение физических параметров по положению и движению отдельных пылевых частиц.

2.5. Методы создания возмущения пылевой компоненты в плазме тлеющего разряда постоянного тока.

2.5.1 Поведение страты под воздействием импульса магнитного поля.

2.5.2 Применение одиночного импульса магнитного поля.

2.5.3 Применение двух последовательных импульсов магнитного поля с регулируемой задержкой.

2.6. Выводы.

Глава 3. ВОЗБУЖДЕНИЕ ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ ВОЛН ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ.

3.1. Ударная волна в пылевой компоненте [45].

3.1.1 Результаты экспериментов.

3.1.2 Плотность пылевой компоненты.

3.1.3 Скорости пылевых частиц и их кинетическая энергия.

3.1.4 Обсуждение результатов экспериментов.

3.2. Эксперименты с магнитными частицами.

3.3. Распространение волн в пылевой компоненте при наложении двух последовательных импульсов магнитного поля.

3.3.1 Возбуждение нелинейных волн в пылевой компоненте с изменяемой плотностью.

3.4. Применение Фурье-анализа для обработки собственных тепловых колебаний пылевых частиц.

3.5. Выводы.

Актуальность работы

Пылевая плазма представляет собой систему, состоящую из свободных электронов и ионов, нейтральных молекул и макроскопических пылевых частиц размером 1-100 мкм. Благодаря большому заряду пылевых частиц (102—105 электрона) потенциальная энергия взаимодействия между ними, пропорциональная произведению зарядов взаимодействующих частиц, может намного превосходить их среднюю тепловую энергию, что означает возникновение сильнонеидеальной плазмы [1,2]. Анализ показывает, что при определенных условиях сильное межчастичное взаимодействие приводит к фазовым переходам типа «жидкость - твердое тело» и возникновению пространственно-упорядоченных структур, аналогичных упорядоченным структурам в жидкости или твердом теле.

В начале 90-х годов прошлого века рост интереса к пылевой плазме связан с открытием плазменно-кристаллических структур. Предсказанная вначале теоретически [3] кристаллизация пылевых частиц в низкотемпературной плазме была затем экспериментально обнаружена в плазме высокочастотного разряда вблизи приэлектродной области [4, 5, 6]. Затем упорядоченные структуры макрочастиц были обнаружены в термической плазме [7], плазме положительного столба тлеющего разряда постоянного тока [8], в ядерно-возбуждаемой пылевой плазме [9].

Присутствие сильнозаряженных пылевых частиц в плазме существенным образом сказывается на коллективных процессах. Пылевая компонента может не только модифицировать, но зачастую и определять спектр колебаний, влиять на эффекты затухания и неустойчивости. Наличие пылевых частиц приводит к возникновению новой ветви колебаний -пылевого звука [10]. Благодаря низкой частоте (10-100 Гц) эти колебания особенно привлекательны с экспериментальной точки зрения. Изучение волновых явлений в пылевой плазме (солитоны, ударные волны, конусы Маха, линейные пылеакустические волны) сложилось в самостоятельную область среди современных направлений исследований в области пылевой плазмы.

В настоящее время в ряде лабораторий наряду с исследованиями образования упорядоченных структур, кристаллизации и фазовых переходов в системе пылевых частиц, процессов зарядки пыли в различных условиях, взаимодействия между частицами в плазме ведутся теоретические и экспериментальные исследования возникновения и распространения различных волн в пылевой компоненте [2, 11].

Цель диссертационной работы.

Основной целью работы является экспериментальное исследование волновых явлений в пылевой компоненте плазмы тлеющего разряда постоянного тока, генерируемых при внешнем импульсном воздействии на плазменно-пылевые структуры, получение количественных данных о параметрах возмущения пылевой компоненты, исследование поведения пылевых частиц из различных материалов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Выполнено экспериментальное исследование нелинейных колебаний пылевой компоненты в Зх-мерной плазменно-пылевой структуре из немагнитных и парамагнитных сферических частиц, генерируемых импульсным магнитным полем.

2. Впервые наблюдалось укручение фронта уплотнения пылевой компоненты при скорости распространения фронта, превышающем скорость пылевого звука, что позволяет трактовать данное нелинейное возмущение как ударную волну в пылевой компоненте.

3. Получены аномальные значения сжатия и изменения температуры в ударной волне пылевой компоненты.

4. Экспериментально определена скорость пылевого звука по тепловым колебаниям пылевой компоненты.

5. Предложен метод формирования волн в пылевой компоненте с варьируемой плотностью.

6. Получены экспериментальные данные зависимости скорости фронта ударной волны от плотности пылевой компоненты.

Научная и практическая ценность

Новым направлением в изучении свойств пылевой плазмы является применение внешних воздействий на плазменно-пылевые структуры. Внешние воздействия используются для введения в пылевую плазму дополнительной энергии с целью изучения их поведения в экстремальных условиях. В диссертационной работе предложен метод воздействия на пылевую плазму тлеющего разряда постоянного тока импульсом магнитного поля. Полученные результаты показывают, что метод может использоваться для генерации возмущения плотности пылевой компоненты и получения новой информации о развитии нелинейных пылевых волн. Апробированный в работе анализ тепловых колебаний пылевой компоненты показывает возможность его использования для диагностических целей. Результаты работы могут применяться при создании плазменных установок с внешними воздействиями, управляющими поведением заряженных пылевых частиц.

Научные положения. выносимые на защиту

1. Метод воздействия на плазменно-пылевую структуру импульсным магнитным полем с целью генерации возмущения плотности пылевой компоненты.

2. Метод двух - импульсного воздействия магнитного поля на плазменно-пылевую структуру для исследования распространения волн в пылевой компоненте с варьируемой плотностью.

3. Применение двумерного Фурье - анализа для определения скорости пылевого звука по тепловым колебаниям пылевой компоненты в трехмерной пылевой структуре.

4. Результаты экспериментального исследования образования и распространения фронта возмущения плотности пылевой компоненты (обнаружение разрыва плотности, формирование фронта, укручение фронта при скорости его распространения, превышающем расчетную скорость звука, аномальное значение сжатия и изменения температуры пылевой компоненты).

Апробация результатов работы

Результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на научных семинарах ИТЭС ОИВТ РАН (Москва); 4-ом и 5-ом Российском семинаре «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды» (МИФИ, Москва, 2003 и 2006 гг.); Всероссийских конференциях «Физика низкотемпературной плазмы - 2004 и 2007» (Петрозаводск 2004 и 2007 гг.); XIX Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус 2004 г.); Международной конференции по физике пылевой плазмы и приложениям (Одесса, Украина, 2004 г.); Международной научной конференции «Электротехника, энергетика, экология» (Санкт-Петербург, 2004 г.); 31-ая международная конференция Европейского физического общества по физике плазмы (Лондон, Великобритания, 2004 г.); 4-ой Международной конференции по физике пылевой плазмы (Орлеан, Франция, 2005 г.); Международной конференции по сильно неидеальным кулоновским системам (Москва, 2005 г.); IV Всероссийской конференции по Физической электронике - 2006 (Махачкала, 2006 г.); V Международной конференции по физике плазмы и плазменным технологиям (Минск, Беларусь, 2006 г.).

Публикации

Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, опубликованы в 13 печатных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 99 страницах, включая 39 рисунков и 5 таблиц. Список литературы состоит из 49 наименований.

3.5. Выводы

В настоящей главе приведены результаты экспериментов, при проведении которых использовались методы внешнего воздействия, предложенные в главе 2. Для генерации возмущения в пылевой компоненте впервые использован апериодический импульс магнитного поля.

Полученное возмущение характеризуется разрывом в плотности и скорости пылевых частиц.

Впервые зарегистрировано укручение фронта возмущения пылевой компоненты.

Наблюдалось движение фронта со сверхзвуковой скоростью в разреженной области пылевого образования.

Вышеперечисленные признаки свидетельствуют о формировании ударной волны в пылевой компоненте.

Получены чрезвычайно высокие значения степени сжатия пылевой компоненты - до 15 раз, что превосходит предел сжатия для газов и твердых тел. Это возможно обусловлено специфическими особенностями самой пылевой плазмы.

Наблюдалось уменьшение кинетической температуры после прохождения фронта волны. Возможно, что аномальная компрессия пылевой компоненты и ударное охлаждение обусловлены процессами перекачки энергии между фоновой плазмой и пылевой подсистемой.

В эксперименте с двумя последовательными импульсами магнитного поля была получена зависимость скорости фронта от плотности, что говорит о применимости предложенного метода для варьирования плотности пылевой структуры.

Выполнены поисковые эксперименты с парамагнитными частицами, для создания дополнительного возмущения в пылевой компоненте.

Опробован метод двумерного Фурье-анализа для определения скорости пылевого звука в невозмущенной структуре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнено экспериментальное исследование нелинейных колебаний пылевой компоненты в Зх-мерной плазменно-пылевой структуре из немагнитных и парамагнитных сферических частиц, генерируемых импульсным магнитным полем.

2. Впервые наблюдалось укручение фронта уплотнения пылевой компоненты при скорости распространения фронта, превышающем скорость пылевого звука, что позволяет трактовать данное нелинейное возмущение как ударную волну в пылевой компоненте.

3. Получены аномальные значения сжатия и изменения температуры в ударной волне пылевой компоненты.

4. Экспериментально определена скорость пылевого звука по тепловым колебаниям пылевой компоненты.

5. Предложен метод формирования волн в пылевой компоненте с варьируемой плотностью.

6. Получены экспериментальные данные зависимости скорости фронта ударной волны от плотности пылевой компоненты.

1. Цытович В.Н. УФН 167 57 (1997)

2. Фортов В.Е. и др. УФН 174 495 (2004)

3. IkeziH. Phys. Fluids (29) 1764 (1986)

4. ChuJ.H., IL. Phys. Rev. Lett. 72 4009 (1994)

5. Thomas H. et al Phys.Rev. Lett. 73 652 (1994)

6. Hayashi Y, Tachibana K. Jpn. J. Appl. Phys. 33 L804 (1994)

7. Fortov V.E. et al Phys. Lett. A 219 89 (1996)

8. Фортов В.Е. и др. Письма в ЖЭТФ 64 86 (1996)

9. Fortov V.E. et al Phys. Lett. A 258 305 (1999)

10. Rao N.N., Shukla P.K., YuM.Y. Planet Space Sci. 38 543 (1990)

11. Fortov V.E. et al Physics Reports 421 1-103 (2005)

12. Fortov VEetal. Phys. Plasmas 7 1374 (2000)

13. Sorasio G, Resendes DP, Shukla P К Phys. Lett. A 293 67 (2002)

14. Chu JH, Du J-B, IL J. Phys. D: Appl. Phys. 27 296 (1994)

15. Barkan A, Merlino R L, D'AngeloNPhys. Plasmas 2 3563 (1995)

16. МолотковВИидр. ЖЭТФ 116902 (1999)

17. Tsytovich VN, deAngelis UPhys. Plasmas 8 1141 (2001)

18. Tsytovich VN, deAngelis UPhys. Plasmas 9 2497 (2002)

19. Barkan A, Merlino R L, D'Angelo N Phys. Plasmas 2 3563 (1995)

20. Thompson С et al. Phys. Plasmas 4 2331 (1997)

21. Merlino R Let al Phys. Plasmas 5 1607 (1998)94

22. ЗобнинАВидр. ЖЭТФ 122 500(2002)

23. Цытович В.Н. УФН 177 4 (2007)

24. Nunomura S. et al Phys. Rev. Lett. 89 035001 (2002)

25. Karasev V.Yu. et al Phys. Rev. E 74 066403 (2006)

26. Nosenko V., Nunomura S., GoreeJ. Phys. Rev. Lett. 88 215002 (2002)

27. Samsonov D. et al Physical Review Letters 88 095004 (2002)

28. Fortov V.E. et al Phys. Rev. E 69 016402 (2004)

29. Samsonov et.al. Phys. Rev. Lett. 83 3649 (1999)

30. Schweigert V.A. etal. Phys Plasmas 9 4465 (2002)

31. Melzer A. et al Phys. Rev. E 62 4162 (2000)

32. Молотков В.И. и др. ТВТ 42 6 821 (2004)

33. Пустыльник М.Ю. и др. ТВТ 42 4 661 (2004)

34. Samsonov D. et al Phys. Rev. E 67 036404 (2003)

35. NefedovA.P. etal N.J. of Phys 5 33.1 (2003)

36. Fortov V.E. et. al Phys. Lett. A 229 317 (1997)

37. Липаев A.M. и др. ЖЭТФ 112 2030 (1997)

38. Наумкин В.Н. и др. Материалы Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпературной плазмы 2007, Петрозаводск, том 2, с. 219 (2007)

39. Торчинский В.И. и др. Международная конференция Электротехника, энергетика, экология, г. Санкт-петербург. с. 235 (2004)

40. Naumkin V.N. et al Plasma physics and plasma technology, contribution papers, V.l, Minsk, Belarus, P.380 (2006)

41. Грановский B.JI. «Электрический ток в газе», «Наука» §69 с462 (1971)

42. ГолубовскийЮ.Б., Нисимов С.У., СулейменовН.Э. ЖТФ 64 54 (1994)

43. Голубовский Ю.Б., Нисимов С. У., Сулейменов Н.Э. ЖТФ 65 46 (1995)

44. Наумкин В.Н и др. Физика экстремальных состояний вещества 2004, Черноголовка, с. 197 (2004)

45. Fortov VE. et al Phys. Rev. E 71 036413 (2005)

46. Молотков В.И. и др. Научные труды ИТЭС ОИВТ РАН, вып. 6 2003, с.261 (2004)

47. Shukla Р.К., Матип A.A., Introduction to Dusty Plasma Physics, IoP Publishing, London (2002)

48. Zeldovich Ya.B. and Raizer Yu. P., Physics of Shock Waves and High Temperature Hydrodynamic Phenomena, Academic, New York, (1967)

49. Yaroshenko V.V. et al IEEE transactions on plasma science 32(2) 675 (2004)