Динамика плазменно-пылевых структур при воздействии магнитного поля тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

ВАСИЛЬЕВ Михаил Михайлович

ДИНАМИКА ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ СТРУКТУР ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

01 04 08 - физика плазмы

003161635

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2007

003161635

Работа выполнена в Объединенном институте высоких температур РАН

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор О Ф Петров

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

Майоров Сергей Алексеевич (ИОФАН),

доктор физико-математических наук, профессор, Васильев Михаил Николаевич (МФТИ)

Ведущая организация ГНЦ РФ Троицкий институт

инновационных и термоядерных исследований (ГНЦРФТРИНИТИ)

Защита состоится ноября 2007 г в // часов 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 <2 октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002 110 02 доктор физико-математических наук

Л Хомкин

© Объединенный институт высоких температур РАН, 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Пылевая плазма представляет собой низкотемпературную плазму, содержащую макрочастицы, которые либо самопроизвольно образуются в плазме, либо вводятся в нее извне Пылевая плазма широко распространена в космосе пылевых межзвездных облаках, кометных хвостах, пылевых оболочках звезд, кольцах планет и тд Другим примером пылевой плазмы является низкотемпературная плазма, состоящая из нейтрального газа, ионов, электронов и частиц микронных размеров (пылевых частиц) И, хотя в работе рассматривалась именно такая плазма, многие закономерности, выявленные в таких исследованиях, могут быть применены и к космической плазме

В последнее десятилетие прогресс в области исследований пылевой плазмы был особенно стремительным в связи с развитием различных технических приложений процессов горения, плазменных технологий, физики атмосферы, управляемого термоядерного синтеза Лабораторная пылевая плазма при внешних воздействиях является хорошей экспериментальной моделью для изучения различных динамических процессов в системах взаимодействующих частиц Одним из способов воздействия на пылевую плазму является наложение внешнего магнитного поля Учет влияния магнитного поля важен, например, при рассмотрении поведения частиц конденсированной дисперсной фазы в пристеночной плазме установок ТОКАМАК

Для диагностики пылевых частиц и их пространственных структур успешно используются оптические и спектроскопические методы, а также методы, основанные на непосредственном наблюдении пылевых частиц Однако для ряда специфических проблем изучения пылевой плазмы этих методов оказывается недостаточно Так для исследования свойств динамических плазменно-пылевых структур необходимо определение целого ряда параметров в каждый момент времени Хотя работы в указанных направлениях ведутся давно, актуальной является задача разработка методик, которые позволяли бы решать широкий круг диагностических задач с использованием всех возможностей современной вычислительной техники

Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование пылевой плазмы тлеющего разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля, разработка методики трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц, экспериментальное исследование формирования вихревых пылевых структур, получение количественных

данных о структурных и динамических параметрах плазменно-пылевых

образований при воздействии магнитного поля с индукцией в диапазоне 0-2500

Гс

Положения, выносимые на защиту

1 Методика трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц

2 Результаты экспериментальных исследований динамических характеристик вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока

3 Экспериментальный стенд для изучения пылевой плазмы в аксиальном магнитном поле с индукцией в диапазоне 0-3 104Гс

4 Результаты экспериментальных исследований формирования плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле с индукцией до 2,5 103 Гс, в том числе результаты исследований вращения плазменно-пылевых структур в аксиального магнитном поле с индукцией до 700 Гс

5 Экспериментально полученное увеличение неидеальности плазменно-пылевой структуры и уменьшение коэффициента диффузии при увеличении индукции аксиального магнитного поля

6 Результаты исследования механизма изменения направления вращения плазменно-пылевых структур и уход пылевых частиц из приосевой области разряда в пристеночную область в замагниченной газоразрядной плазме

Научная новизна результатов исследования

1 Разработана и реализована оптическая методика трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц

2 С помощью разработанного метода трехмерной диагностики получены количественные данные о динамических характеристиках вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока

3 Создан экспериментальный стенд для изучения пылевой плазмы тлеющего газового разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля с индукцией 0-3 104Гс

4 Впервые проведены исследования плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле с индукцией до 2,5 103 Гс Получены кинетические температуры пылевых частиц, коэффициенты диффузии и параметр неидеальности при изменении индукции магнитного поля Впервые при увеличении индукции

магнитного поля до 700 Гс наблюдался уход пылевых частиц из приосевой области разряда в пристеночную область

5 Обнаружено увеличение неидеальности плазменно-пылевой структуры и уменьшение коэффициента диффузии при увеличении индукции аксиального магнитного поля

6 На основе анализа амбиполярной диффузии в замагниченой плазме предложено объяснение динамики пылевых частиц в тлеющем газовом разряде в магнитном поле Проведены оценки максимальной индукции магнитного поля, при которой возможна левитация пылевых частиц в разряде

Научно-практическая значимость работы

Разработанный оптический метод трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур позволяет находить пространственные координаты, скорости и траектории пылевых частиц Данный метод может использоваться не только для диагностики пылевых частиц, но и любых малых объектов, например, биологических жидкостей (семенная жидкость, кровь и т д )

Полученные в работе результаты по исследованию динамических плазменно-пылевых структур позволяют глубже понять возникновение и существование вихревых структур, а также механизмы формирования пылевых структур в магнитном поле и степень их порядка в зависимости от магнитного поля

Проведенные исследования показывают, что формирование пылевых структур в плазме тлеющего разряда постоянного тока возможно лишь в магнитных полях с индукцией ~103 гауссов

Исследование внешнего воздействия магнитного поля на плазменно-пылевые структуры представляет большой интерес по нескольким причинам Во-первых, такое воздействие, вносящее незначительное искажение в фоновую плазму, может быть использовано в качестве диагностического средства, во-вторых внешнее воздействие может так же использоваться для управления пространственным положением и упорядоченностью плазменно-пылевых структур Кроме того, результаты исследования пылевой плазмы в магнитном могут найти приложения для выявления особенностей поведения высокодисперсной пылевой компоненты, в установках ТОКАМАК

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены на российских и международных конференциях XLVII, XLVIII, XLIX Научных конференциях Московского Физико-Технического института, International Conference on Strongly Coupled Coulomb Systems (Moscow, 2005), 33rd European Physical Society Conference on Plasma Physics (Rome, 2006), XVIII, XXII Международных конференциях «Воздействие интенсивных потоков энергии на

вещество» - Эльбрус, 2003, 2007, 34th European Physics Society Confeience on Plasma Physics (Warsaw, 2007), 1st Workshop on the "Dust in Fusion Plasmas" (Warsaw, 2007), 2nd International Conference on the Physics of Dusty and Burning Plasmas (Odessa, 2007)

Стенд для исследования пылевой плазмы в тлеющем разряде постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля прошел успешную проверку в ходе экспериментальных исследований Работа автора «Вихри в пылевой плазме тлеющего разряда постоянного тока» стала лауреатом конкурса «Новая генерация» в области энергетики и смежных наук Автор с работой по разработке и реализации метода 3D диагностики стал победителем программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК») 2007 года

Публикации

Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, опубликованы в 10 научных работах

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка

литературы Работа содержит 102 страницы, 32 рисунка Список

использованной литературы включает 75 наименований

Личный вклад автора

Вклад автора в работы, вошедшие в диссертацию, является основным Автор принимал активное участие в постановке научных задач, при его непосредственном участии разрабатывался и создавался экспериментальный стенд и проводились экспериментальные исследования Автором была выполнена обработка и проведен анализ полученных экспериментальных данных На основании результатов исследования и их анализа автором сформулированы и обоснованы выводы и заключения, вошедшие в диссертацию

Благодарности

Автор искренне признателен научному руководителю Петрову О Ф за постановку задач и постоянное внимание к работе, Ваулиной О С за ценные рекомендации и полезные обсуждения Особую благодарность автор хотел бы выразить коллегам Дьячкову Л Г за помощь при анализе результатов и Антипову С Н за помощь и моральную поддержку на протяжении всего хода работы над диссертацией

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается выбор темы работы, ее актуальность, формулируется цель работы и задачи, показана научная и практическая значимость работы, а также выносимые на защиту положения

В Первой главе представлены общие сведения, необходимые для описания пылевой плазмы газового разряда

В разделе 1.1 рассмотрены механизмы образования и зарядки пылевых частиц в плазме Рассмотрены несколько возможных источников образования пылевых частиц, среди которых конденсация, образование в результате химических реакций, эрозия, а также преднамеренное инжектирование Независимо от того, помещена пылевая частица в плазму преднамеренно или самопроизвольно образовалась в ней, она приобретает электрический заряд Зарядка происходит благодаря поглощению электронов и ионов плазмы, а также, иногда, процессам электронной эмиссии, среди которых следует отметить термо-, фото-, и вторичную электронную эмиссии [1-3] Рассмотрены основные силы, действующие на пылевые частицы в газоразрядной плазме. Приведены выражения для определения электростатической силы, силы торможения нейтралами, термофоретической силы и силы ионного увлечения, сил межчастичного взаимодействия

В разделе 1.2 приведены общие сведения, необходимые для понимания процессов в пылевой плазме тлеющего разряда постоянного тока, а также основные явления, наблюдаемые в экспериментах Описаны распределения полей, концентраций и температур электронов вдоль положительного столба тлеющего разряда постоянного тока Рассмотрен процесс формирования различных плазменно-пылевых структур

Раздел 1.3 посвящен обзору методов диагностики пылевых структур в газовых разрядах Описаны методы, позволяющие проводить измерения размеров, концентраций и показателя преломления частиц дисперсной фазы, основанные на измерении их собственного излучения или на регистрации ослабления и рассеяния света внешнего источника Рассмотрены методы корреляционной спектроскопии и апертурной прозрачности, методы яркостной и цветовой пирометрии Представлены различные методы, основанные на внешнем воздействии на пылевую структуру и, наконец, методы непосредственной визуализации плазменно-пылевых структур, позволяющие измерять парные, трехчастичные, корреляционные и автокорреляционные функции, распределения по скоростям, функции эволюции массопереноса, структурные факторы, концентрации, и т п

В разделе 1.4 сформулированы выводы к первой главе

Вторая глава посвящена описанию разработанной оптической методики трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения.

В разделе 2.1 описывается экспериментальный стенд трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур, формирующихся в стратифицированном положительном столбе тлеющего разряда постоянного тока (рис. 2.1).

-;> Вакуумный пост

Анод 1,

Пылевые частицы

Катод

Ш

Контейнер с частицами

Лазер

ПЗС камера №1

] ПЗС камера №2

ПК

Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки для оптической трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока

Стратифицированный тлеющий разряд постоянного тока создавался в цилиндрической стеклянной газоразрядной трубке с холодными электродами, ориентированной вертикально. Внутренний диаметр трубки составлял 50 мм, расстояние между электродами - 1300 мм. Частицы помещались в контейнер с сетчатым дном, расположенный в верхней части разрядной трубки. Инжекция частиц в разряд производилась с помощью механической вибрации контейнера, что обеспечивало их просыпание в область положительного столба разряда.

Визуализация плазменно-пылевых структур осуществляется при помощи подсветки плазменно-пылевых структур лазерным лучом. Рассеянный частицами свет регистрировался двумя синхронизированными видеокамерами, расположенными под углом друг к другу.

В разделе 2.2 описывается диагностический комплекс и методы обработки экспериментальных данных. Предложены различные методики восстановления

пространственных координат пылевых частиц для различных типов плазменно-пылевых структур. Предложены методики статической и динамической локализации, а также вероятностная методика определения пространственных координат.

В разделе 2.3 в качестве примера рассматриваются результаты трехмерной диагностики плавления плазменно-пылевой структуры в тлеющем разряде постоянного тока. С помощью оптического метода трехмерной диагностики на основе принципа бинокулярного зрения получены координаты, траектории, концентрации, парные, трехчастичные, корреляционные и автокорреляционные функции, профиль скоростей пылевых частиц, функции эволюции массопереноса, структурные факторы.

В разделе 2.4 сформулированы выводы ко второй главе.

Третья глава посвящена изучению вихревых пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока.

В разделе 3.1. представлены экспериментальные результаты наблюдения плазменно-пылевых структур с вихревым движением (рис 3.1). С помощью метода трехмерной диагностики получены пространственные координаты, скорости и траектории частиц. Получены зависимости скорости и радиусов вращения пылевых частиц в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Получены кинетические энергии пылевых частиц в вихре.

Рис. 3.1. Видеокадр и треки частиц в осевом сечении плазменно-пылевой структуры в тлеющем разряде постоянного тока за 1-0.5 с

В разделе 3.2 рассмотрена теоретическая модель, показывающая, что формирование вихревой структуры может происходить только при наличии градиента заряда, ортогонального неэлектростатической силе [4], и в условиях силы тяжести достаточно небольшого изменения их зарядов. Для вихревой структуры, полученной в эксперименте, оценено значение радиуса экранирования А и 535 мкм, и градиента заряда, который составил несколько процентов. В качестве иллюстрации вихревого движения плазменно-пылевой

жидкости рассмотрена конвективная модель: пылевой вихрь как ячейка Бенара [5]. Число Рэлея Яа, показывающее отношение силы создающей неустойчивость (подъемной силы) к силам диссипации для плазменно-пылевой жидкости, было оценено как 102, что реализуется в экспериментальных исследованиях.

В разделе 3.3 сформулированы выводы к третьей главе.

Четвертая глава посвящена описанию экспериментального стенда и диагностике пылевой плазмы тлеющего разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля.

В разделе 4.1. описан генератор магнитного поля (рис 4.1). Генерация магнитного поля осуществлялась сверхпроводящим

цилиндрическим N13-"П соленоидом, находящимся в криостате, заполненном жидким гелием. Тепловое экранирование гелиевой емкости осуществлялось при помощи азотного экрана. Сам криостат осесимметричен и имеет в центре так называемое «теплое отверстие», куда помещается газоразрядная трубка с исследуемой пылевой плазмой. Температура внутри этого отверстия при рабочем захоложенном соленоиде не опускается ниже 273 К. Направление магнитного поля может меняться путем изменения направления тока в соленоиде.

В разделе 4.2 описаны методы регистрации пылевых частиц и плазменно-пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока внутри сверхпроводящего магнита. Для этого разработана система из двух одинаковых оптических перископов монокулярного типа. Частицы освещались лазерным излучением с длиной волны X = 532 нм. Регистрация плазменно-пылевых структур производилась с помощью двух ПЗС-видеокамер через призмы второго перископа и через нижний плоский торец разрядной трубки, что позволило получать изображения структур в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В разделе 4.3 уделено внимание особенностям плазмы тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле. Рассмотрено возникновение неустойчивости положительного столба в продольном магнитном поле. Кроме того, подобраны параметры эксперимента, при которых большая величина

Рис. 4.1. Схематическое

изображение экспериментальной установки: криостат сверхпроводящего магнита, в который помещена газоразрядная трубка, и система визуализации

индукции магнитного поля не приводила бы к контракции разряда Наибольшее значение индукции продольного магнитного поля, равное 2500 Гс, при котором сохранялись стоячие страты, было экспериментально получено для разряда в Н2 при давлении несколько десятых долей Торра Однако, инжектированные в разряд пылевые частицы при таком поле в области наблюдения зарегистрировать не удалось Структуры пылевых частиц в разряде в Н2 были обнаружены лишь в полях до 1 ООО Гс, при этом они в основном представляли собой плоские монослои, состоящие из небольшого количества частиц

В разделе 4.4 сформулированы выводы к четвертой главе

В Пятой главе содержатся результаты экспериментальных исследований плазменно-пылевых структур, формирующихся в тлеющем разряде постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля с индукцией до 2500 Гс

Раздел 5.1 содержит результаты исследований пылевой плазмы в аксиальном магнитном поле Наблюдалось вращение небольших пылевых структур в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси симметрии разряда (рис 5 1) Схожие результаты были получены в ряде работ [6-8] При индукции поля 75 Гс вектор угловой скорости вращения пылевого облака имел направление, противоположное направлению магнитного поля Однако при дальнейшем увеличении поля вращение замедлялось и затем прекращалось при 500 Гс В поле 630 Гс зафиксировано вращение пылевой структуры в противоположном направлении, вектор угловой скорости вращения пылевого облака оказывался сонаправленным с вектором магнитного поля На рис 5 2 представлены экспериментальные и оцененные значения угловой скорости вращения пылевого облака в страте тлеющего разряда постоянного тока при различных значениях магнитного поля

Дальнейшее повышение индукции аксиального магнитного поля до 700 Гс приводило к тому, что вращающиеся частицы в приосевой области разряда разлетались в пристеночную область При этом угловая скорость вращения частиц не изменялась и составляла 1-2 рад/с Наблюдались также небольшие осцилляции пылевых частиц в вертикальном направлении, вероятно вызванные нестабильностью тлеющего разряда в магнитном поле

Помимо этого, представлены результаты исследования больших плазменно-пылевых структур, содержащих ~103 частиц Эксперименты проводились с разрядом в неоне при воздействии аксиального магнитного поля индукцией до 300 Гс, при этом вращения таких структур не наблюдалось При дальнейшем повышении магнитного поля структура теряла бо льшую часть частиц и только после этого начинала вращение Используя полученные в результате обработки видеоданных кривые массопереноса, был вычислен параметр неидеальности Приведены результаты измерений кинетической энергии и коэффициента диффузии частиц при различных значениях индукции магнитного поля (рис 5 3)

и

Рис. 5.1. Вращение пылевой

В Юз)

Рис. 5.2. Угловая скорость вращения пылевой структуры в аксиальном магнитном «РУ*туры в зависимости от индукции поле магнитного поля, точки - эксперимент, кривая -

оценка

Обнаружено, что с увеличением индукции аксиального магнитного поля наблюдается увеличение параметра неидеальности и уменьшение коэффициента диффузии плазменно-пылевых структур.

В разделе 5.2 представлен анализ вращения плазменно-пылевой компоненты, который показал, что инверсия радиального электрического поля и, следовательно, скорости вращения пылинок в магнитном поле может быть связана с двумя факторами: изменением знака радиальной составляющей градиента плотности ионов с1п<1с1г и замагниченностью электронов до такой степени, что их подвижность становится меньше подвижности ионов. Следует заметить, что, если бы изменение знака угловой скорости было в первую

В (05)

Рис. 5.3. Зависимости кинетической температуры (□), коэффициента диффузии (о) и параметра неиделаьности (А) плазменно-пылевой структуры от магнитного поля

очередь связано с замагниченностью электронов (их меньшей подвижностью по сравнению с ионами), то в этом случае следовало бы ожидать разрушения потенциальной ловушки, удерживающей пылевую структуру, что в действительности наблюдается не одновременно с инверсией вращения, которая происходит при В я 500 Гс, а при более высоких значениях индукции магнитного поля (В ~ 700 Гс)

Инверсия вращения обусловлена изменением направления диффузионного потока плазмы, производная с1п,!(1г в области структуры становится положительной При этом вне пылевой структуры по-прежнему ¿1п,1с1г < 0 и ловушка продолжает существовать В слабых магнитных полях В ~ 100 Гс радиальный диффузионный поток от оси к стенкам преобладает над потоком, поглощаемым структурой С усилением магнитного поля плазма замагничивается и радиальный поток на стенку при сохранении тока разряда уменьшается Поглощение плазмы пылью также несколько ослабевает, но в меньшей степени, так как на аксиальной составляющей этого потока замагниченность не сказывается В результате при некотором значении В (в наших экспериментах при В » 500 Гс) суммарный поток плазмы на пылинки оказывается больше потока заряженных частиц, порождаемых в разряде в области пылевой структуры и происходит инверсия радиального потока плазмы' в центральной области разряда, что приводит к смене направления вращения пылевых частиц При дальнейшем увеличении В область инверсии диффузионного потока расширяется, исчезает потенциальная ловушка в приосевой области, и пылевая структура разлетается, что наблюдается при В ~ 700 Гс При этом ловушка, как показывают результаты эксперимента, не пропадает совсем, а смещается в периферийную область разряда Приведена оценка индукции магнитного поля ~ 103, при которой стенка газоразрядной трубки из-за замагниченности плазмы становится положительно заряженной, и отрицательно заряженные пылевые частицы залипают на нее В разделе 5.3 сформулированы выводы к пятой главе

В Заключении приведены основные результаты работы

1 Разработана и реализована методика трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц

2 С помощью разработанной методики трехмерной диагностики получены количественные данные о динамических характеристиках вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока Определены профили распределения скоростей и кинетическая энергия частиц для различных участков вихревой структуры, получены значения градиента зарядов и радиуса

экранирования X Показано, что в условиях силы тяжести для формирования вихревого движения макрочастиц достаточно небольшого изменения их зарядов

3 Создан экспериментальный стенд для изучения пылевой плазмы тлеющего газового разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля с индукцией 0-3 104 Гс, который состоит из следующих основных элементов генератора магнитного поля, системы вакуумной откачки и газоразрядной трубки, диагностического комплекса для визуализации и регистрации плазменно-пылевых структур

4 Впервые проведены исследования плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле с индукцией до 2500 Гс Получены кинетические температуры пылевых частиц, обнаружено увеличение неидеальности плазменно-пылевой структуры и уменьшение коэффициента диффузии при увеличении индукции аксиального магнитного поля до 300 Гс Кроме того, при увеличении индукции магнитного поля до 700 Гс наблюдался уход пылевых частиц из приосевой области разряда в пристеночную область

5 На основе анализа амбиполярной диффузии в замагниченой плазме предложено объяснение динамики пылевых частиц в тлеющем газовом разряде в магнитном поле Проведены оценки максимальной индукции магнитного поля, при которой возможна левитация пылевых частиц в разряде

Цитированная литература

1 Coy С Гидродинамика многофазных систем //М Мир, 1971

2 Sodha М and Guha S Physics of Colloidal Plasmas// Adv Plasma Phys 1971 V4 P 219

3 Жуховицкий Д, Храпак A , Якубов И Ионизационное равновесие в плазме с конденсированной дисперсной фазой / Под ред Б М Смирнова // Химия плазмы Вып11 М Энергоиздат, 1984

4 ОС Ваулина, А А Самарян, О Ф Петров, и др // Phys Plasma Rep ,30, 652 (2004)

5 ЕД Эйдельман //Соросовский Обр Журн , том 6, №5, стр 94-100 (2000)

6 U Konopka, D Samsonov, A Ivlev, et al //Physical Rev E, V 61, №2, 1890, 2000

7 NSato, G Uchida, T Kane ко //Physics of Plasmas V 8, N5, 2001

8 EC Дзлиева, E С Карасев, А И Эйхвальд //Оптика и Спектроскопия, том 98, №4, с 640,2005

Публикации по материалам диссертации

1 ММ Васшьев, СИ Антипов, Формирование вихревых пылевых структур в плазме тлеющего разряда постоянного тока // Труды XLVII научной конференции МФТИ, (Москва - Долгопрудный, 2004), часть VIII, с 115

2 MM Vasiliev, SN Antipov, OF Petrov, Large-scaled vortices in dc glow discharge dusty plasma // Abstracts of International Conference on Strongly Coupled Coulomb Systems, (Moscow, Russia, 2005), p 55

3 MM Васшьев, СH Антипов, Воздействие сильного магнитного поля на плазменно-пылевые структуры в тлеющем разряде постоянного тока // Труды XLVIII научной конференции МФТИ, (Москва - Долгопрудный, 2005), часть VIII, с 165

4 MM Vasiliev, SN Antipov and OF Petrov, Laige-scale vortices in dc glow discharge dusty plasmas // Journal of Physics A Mathematical and General, Vol 39, pp 4539-4543, 2006

5 MM Vasiliev, SN Antipov, VE Fortov, VD Levchenko, OF Petrov, KB Statsenko, Vortices in dc Discharge Dusty Plasmas One Mechanism and 3D Diagnostics // Proceedings of 33rd EPS Conference on Plasma Phys Rome, 19-23 June 2006 ECA Vol 301, D-5 027 (2006)

6 KB Statsenko, Yu V Khrustalyov, SN Antipov, MM Vasiliev, VD Levchenko, О F Petrov, Structuie and Melting of 3D Anisotropic Dust Crystals in dc Glow Discharges, Proceedings of 33rd EPS Conference on Plasma Phys Rome, 19 -23 June 2006 ECA Vol 301, D-5 028 (2006)

7 MM Васильев, CH Антипов, КБ Стаценко, ЮВ Хрусталев, ВД Левченко, О Ф Петров, Трехмерная диагностика плазменно-пылевых структур // Статьи XXII Международной конференции Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество, стр 302-305, (2007), Эльбрус

8 ММ Васшьев, Р Хайинк, С Н Антипов, О Ф Петров, Динамика пылевых структур при воздействием магнитного поля в тлеющем разряде постоянного тока // Труды XLIX научной конференции МФТИ, (Москва -Долгопрудный, 2006), часть VIII

9 ММ Васильев, Л Г Дьячков, СН Антипов, ОФ Петров, BE Фортов, Плазменно-пылевые структуры в магнитных полях в разряде постоянного тока // Письма в ЖЭТФ, том 86, вып 6, стр 414-419, (2007)

10 MM Vasiliev, SN Antipov, OF Petrov II Book of Abstracts of 34th European Physics Society Conference on Plasma Physics, Warsaw, Poland, (2007)

ВАСИЛЬЕВ Михаил Михайлович

ДИНАМИКА ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ СТРУКТУР ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Автореферат

Подписано в печать 08 10 07 Формат 60x84/16

Печать офсетная Уч - изд л 1 00 Уел -печ л 0 93

Тираж 100 экз_Заказ № 140_Бесплатно

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

Введение.

Глава 1. Экспериментальные исследования плазменно-пылевых структур в газовых разрядах.

1.1. Образование, зарядка и взаимодействие пылевых частиц в газоразрядной плазме.

1.2. Особенности плазменно-пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока.

1.3. Методы диагностики плазменно-пылевых структур в газовых разрядах.

1.4. Выводы к Главе 1.

Глава 2. Метод оптической 3D диагностики плазменно-пылевых структур.

2.1. Экспериментальный стенд для исследования плазменно-пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока.

2.2. Диагностический комплекс и методы обработки экспериментальных данных.

2.3. Диагностика трехмерных плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока.

2.4. Выводы к Главе 2.

Глава 3. Динамика вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока.

3.1. Экспериментальные исследования вихревых пылевых структур в стратифицированном положительном столбе разряда.

3.2. Анализ экспериментальных результатов.

3.2.1. Вихревая пылевая структура как система с градиентом заряда макрочастиц.

3.2.2. Конвективная модель: пылевой вихрь как ячейка Бернара в плазменно-пылевой жидкости.

3.3. Выводы к Главе 3.

Глава 4. Экспериментальная установка для изучения плазменнопылевых структур в аксиальном магнитном поле.

4.1. Генератор магнитного поля на базе сверхпроводящего соленоида.

4.2. Диагностический комплекс для визуализации и регистрации плазменно-пылевых структур в магнитном поле.

4.3. Особенности тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле.

4.4. Выводы к Главе 4.

Глава 5. Плазменно-пылевые структуры в тлеющем разряде постоянного тока в магнитных полях 0-0,25 Тл.

5.1 Результаты экспериментальных исследований плазменно-пылевых структур в магнитном поле.

5.1.1. Структуры и диффузия плазменно-пылевых частиц в разряде при воздействии магнитного поля.

5.1.2. Вращение пылевых структур при воздействии магнитного поля.

5.2 Анализ экспериментальных результатов.

5.3 Выводы к Главе 5.

В плазме газового разряда, зачастую содержатся пылевые частицы, которые могут, как самопроизвольно образовываться в ней, так и вводиться специально. Типичный размер таких макрочастиц может варьироваться в диапазоне от сотых долей микрона до сотен микрометров. Попадая в плазму газового разряда пылевые частицы могут заряжаться потоками электронов и ионов плазмы, а также путем фото-, термо- или вторичной эмиссии электронов [1-3]. Эмиссия электронов с поверхности частиц может привести к тому что частица станет положительно заряженной, если же частицы захватывают электроны, то их заряд становится отрицательным. Такую плазму, содержащую пылевые частиц, называют пылевой плазмой или плазмой с конденсированной дисперсной фазой.

В лабораторных условиях пылевая плазма наблюдалась еще Лэнгмюром в начале прошлого столетия, однако ее активное исследование началось лишь в последние десятилетия. Это связано с развитием целого ряда практических приложений, таких как технологии плазменного напыления и травления в микроэлектронике, производством тонких пленок и наночастиц, электродинамикой продуктов сгорания ракетных топлив, электрофизикой магнитогидродинамических генераторов, и т.д. Кроме того, пылевая плазма занимает ключевое место в образовании звезд, планетных систем, планетарных колец, а также в процессах, протекающих в верхних слоях атмосферы [4-6]. Пылевая плазма обнаружена вблизи искусственных спутников земли и в пристеночной области установок управляемого термоядерного синтеза [7-8].

Одной из особенностей пылевой плазмы является то, что благодаря относительно большим размерам частиц, их заряд Zd также

У ^ может иметь чрезвычайно большие величины (порядка 10 -10 зарядов электрона). Например, в газоразрядной плазме низкого давления заряд пылевых частиц определяется в основном поглощением электронов и ионов плазмы и может быть оценен как Zd ~-adTJe1, что для радиуса частицы ad ~ 1 мкм и температуры электронов Те ~ 1 эВ дает, Zd ~ 103 элементарных зарядов. В результате чего средняя кулоновская энергия взаимодействия частиц, зависящая от Z/, может намного превосходить их среднюю тепловую энергию, что означает возникновение сильнонеидеальной плазмы [9]. В качестве параметра, характеризующего неидеальность пылевой плазмы, принято использовать параметр неидеальности Г, равный отношению потенциальной энергии кулоновского взаимодействия к кинетической энергии хаотического («теплового») движения, характеризуемого температурой частиц Td r = Z2de2n'd/3/Td j где n'Jn - среднее расстояние между частицами.

Из простейшей и наиболее изученной модели однокомпонентной плазмы известно, что при Г > 1 в системе появляется ближний порядок, а при Г = 106 однокомпонентная плазма кристаллизуется. В ряде работ, основываясь на качественных результатах модели однокомпонентной плазмы, было высказано предположение о возможности появления ближнего порядка в термически равновесной пылевой плазме [2].

Аналогичные рассуждения привели Икези к выводу о возможности кристаллизации пылевой подсистемы в неравновесной газоразрядной плазме. Спустя несколько лет пылевой кристалл удалось наблюдать экспериментально сначала в плазме емкостного высокочастотного (вч-) разряда вблизи границы приэлектродной области, а затем и в плазме тлеющего разряда постоянного тока, в термической плазме атмосферного давления и фотоиндуцированной плазме, а также в ядерно- возбуждаемой плазме при различных способах ее индукции.

Лабораторная пылевая плазма является хорошей экспериментальной моделью для изучения различных процессов в системах взаимодействующих частиц, которые представляют широкий интерес, как в области физики неидеальной плазмы, так и в других областях естественных наук таких, как химия, физика атмосферы, астрономия и т.д. Обладая целым рядом уникальных свойств, плазменно-пылевые структуры также являются прекрасным инструментом и при изучении свойств сильно неидеальной плазмы. Исследования пылевой плазмы активно проводятся в лабораториях разных стран. Основные трудности при изучении свойств пылевой плазмы связаны с отсутствием адекватных теоретических моделей для ряда наблюдаемых явлений. Для решения данных проблем широко используется численное моделирование. Однако применение результатов такого моделирования для анализа экспериментов ограничено, например тем обстоятельством, что реальная форма потенциала взаимодействия между макрочастицами в пылевой плазме зависит от множества разных факторов и зачастую неизвестна, а так же и другими факторами. Таким образом, определение параметров, отвечающих за состояние системы частиц, является важной задачей, как для физики неидеальной пылевой плазмы, так и для многих других областей естественных наук.

В последнее время в области физики пылевой плазмы наблюдается рост интереса к проблемам, связанным с возникновением и развитием различных неустойчивостей. Появляются публикации, посвященные анализу условий самовозбуждения колебаний пылевых частиц в плазме [10-28]. Часть работ адресована экспериментальному наблюдению вихревого движения пылевых частиц в разных типах плазмы: газового разряда постоянного тока [14,21,23], емкостного высокочастотного (ВЧ) разряда [10,17], в ядерно-возбуждаемой плазме при различных способах ее индукции [15]. Следует упомянуть и первую попытку кристаллизации пылевой системы в условиях микрогравитации [16], и недавние эксперименты на Международной космической станции (МКС) [22], которые привели к образованию пылевых вихрей в камере ВЧ-разряда.

Вращение макрочастиц с градиентом заряда вдоль оси цилиндрической системы в поле радиальной силы ионного увлечения впервые наблюдались в численных экспериментах [19]. Однако аналитической модели, способной прогнозировать условия возникновения этих вращений, их направление или угловую скорость, на тот момент предложено не было. Теория возбуждения вихрей в неоднородной плазме была предложена в работе [24], где впервые была рассмотрена самосогласованная задача о развитии конвективной (дисперсионной) неустойчивости в поле силы ионного увлечения с учетом распределения плотностей плазменной и пылевой компоненты и найдены пороги возбуждения этой неустойчивости при учете диссипации на нейтралах.

О влиянии сил ионного увлечения на формирование вихревого движения пылевых частиц в условиях экспериментов на МКС упоминалось также в-работе-[22],-где для анализа динамики вращения - — ■ макрочастиц использовалась модель, разработанная для системы макрочастиц с градиентом заряда в поле силы тяжести и описывающая динамику развития абсолютной (диссипативной) неустойчивости [20]. Качественная проверка механизма формирования различных пылевых колебаний в неоднородной плазме тлеющего разряда постоянного тока и ВЧ- разряда в условиях тяжести земли приведена в работах [10,21,23]. И только недавно, в работе [29] была предложена аналитическая модель, обобщающая анализ условий развития неустойчивостей для пылевой плазмы с градиентом заряда макрочастиц в поле действия неэлектростатических сил. Однако эта работа носит скорее теоретический аспект и не дает полного представления об экспериментальном исследовании вихревых движений пылевых частиц в тлеющем разряде постоянного тока.

Для диагностики пылевых частиц и их пространственных структур успешно используются оптические и спектроскопические методы, а так же методы, основанные на непосредственном наблюдении пылевых частиц. Однако классические методы диагностики в пылевой плазме оказываются применимыми далеко не всегда. Используя такие методы мы вынуждены делать дополнительные предположения о характере поведения пылевого образования, такие как его изотропность, симметрия или отсутствие движения вдоль третьей координаты. В случае же исследования динамических плазменно-пылевых структур необходимы другие методы наблюдения, например использование голографической видеосъемки [30]. Однако метод этот сопряжен с большими техническими трудностями ведения эксперимента эксперимента и последующей обработки полученных данных. Другие способы трехмерной диагностики пердставлены методом задания третей степени свободы градиентами интенсивности подсветки [31], длины волны или сканированием структуры узким пучком лазерного излучения. Подобные методики используют ресурсы единственной видеокамеры, что приводит к существенным ограничением как на технические параметры видеокамеры так и на условия самого эксперимента.

В ходе экспериментального исследования пылевой плазмы часто используются методы, включающие в себя внешнее воздействие на пылевую структуру. Одним из способов воздействия на пылевую плазму является наложение внешнего магнитного поля. Актуальность таких исследований обусловлена развитием термоядерных исследований. Учет влияния магнитного поля важен, например, при рассмотрении поведения частиц конденсированной дисперсной фазы в пристеночной плазме установок ТОКАМАК.

В работе [32] в эксперименте воздействие магнитным полем осуществлялось постоянным магнитом, расположенным под нижним электродом и создающим в разряде продольное магнитное поле напряженностью 140 Гс. Плоская структура с круговой симметрией вращалась вокруг своей оси, при этом угловая скорость вращения л составляла ~ 10" рад/с. Интересной особенностью эксперимента было наличие свободной от пылевых частиц области (войда) в центре структуры. В работе установлено, что поведение пылевых частиц существенно зависит от мощности разряда. При малой вкладываемой мощности пылевые частицы вращаются в направлении электронного циклотронного вращения. При этом угловая скорость частиц различна на разных расстояниях от центра и увеличивается к периферии.

Воздействие магнитного поля рассматривалось и в других работах. Так, в [33] было обнаружено и исследовано движение плазменно-пылевых структур, зависящее от магнитного поля представленного диапазоном от 0 до 400 Гс. В работах в качестве генератора магнитного поля использовались катушки в центр которых была помещена газоразрядная трубка. Подсветка структуры осуществлялась послойно лазерным ножом. При наложении магнитного поля и постепенном его увеличении происходило сокращение в продольном направлении структуры. В ходе эксперимента при каждом значении магнитного поля были выделены несколько горизонтальных сечений структуры и произведена их видизапись. При воздействии магнитного поля индукцией 350 Гс, структура превращалась в монослой. В результате измерений была представлена зависимость средней угловой скорости пылевой структуры от величины магнитного поля для разных сечений.

Для анализа изменения степени упорядоченности структуры в магнитных полях от 0 до 380 Гс в работе применялись парная кореляционная функция и парная функция распределения, имеющая смысл плотности частиц на расстоянии г от некоторой выбранной частицы. В результате чего в работе было выясненно, что в разных слоях по высоте структуры присутствует различный порядок.

В работах [32, 34-36] рассматривались возможные причины, приводящие к вращению пылевых структур в стратифицированном разряде. Поведение частиц -при-наличии магнитного поля было объяснено авторами перестройкой радиального электрического поля в разряде. В отсутствии магнитного поля баланс заряженных частиц в разряде контролируется амбиполярной диффузией. В этом случае электрическое поле должно быть направлено к периферии. При появлении в плазме магнитного поля диффузия электронов затрудняется, и в центральных областях может возникать электрическое поле, направленное к оси разряда. Причем этот эффект, очевидно, должен усиливаться с увеличением мощности разряда. Движение же пылевых частиц, по мнению авторов, вызвано наличием азимутальной составляющей дрейфа ионов и соответствующей силой ионного увлечения. Азимутальный дрейф ионов вызван в свою очередь наличием скрещенных электрического и магнитного полей. Изменение направления электрического поля должно было вызвать изменение направления вращения пылевых частиц. В работе [36] для диагностики стратифицированного разряда использовались пробные зондирующие частицы, что позволило сделать вывод о потоке в рамках динамики уединенных пылевых частиц.

Основной целью данной работы являлось экспериментальное исследование пылевой плазмы тлеющего разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля; разработка методики трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц; экспериментальное исследование формирования вихревых пылевых структур; получение количественных данных о структурных и динамических параметрах плазменно-пылевых образований при - воздействии магнитного поля с индукцией в диапазоне 0-2500 Гс.

Научная новизна работы.

Новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана и реализована оптическая методика трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц.

2. С помощью разработанного метода трехмерной диагностики получены количественные данные о динамических характеристиках вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока.

3. Создан экспериментальный стенд для изучения пылевой плазмы тлеющего газового разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля с индукцией 0 — 3-104Гс.

4. Впервые проведены исследования плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле с индукцией до 2,5-10 Гс. Получены кинетические температуры пылевых частиц, коэффициенты диффузии и параметр неидеальности при изменении индукции магнитного поля. Впервые при увеличении индукции магнитного поля до 700 Гс наблюдался уход пылевых частиц из приосевой области разряда в пристеночную область.

5. Обнаружено увеличение неидеальности плазменно-пылевой структуры и уменьшение коэффициента диффузии при увеличении индукции аксиального магнитного поля.

6. На основе анализа амбиполярной диффузии в замагниченой плазме предложено объяснение динамики пылевых частиц в тлеющем газовом разряде в магнитном поле. Проведены оценки максимальной индукции магнитного поля, при которой возможна левитация пылевых частиц в разряде.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методика трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц.

2. Результаты экспериментальных исследований динамических характеристик вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока.

3. Экспериментальный стенд для изучения пылевой плазмы в аксиальном магнитном поле с индукцией в диапазоне 0 - 3-104Гс.

4. Результаты экспериментальных исследований формирования плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле с индукцией до 2,5-103 Гс, в том числе результаты исследований вращения плазменно-пылевых структур в аксиального магнитном поле с индукцией до 700 Гс.

5. Экспериментально полученное увеличение неидеальности плазменно-пылевой структуры и уменьшение коэффициента диффузии при увеличении индукции аксиального магнитного поля.

6. Результаты исследования механизма изменения направления вращения плазменно-пылевых структур и уход пылевых частиц из приосевой области разряда в пристеночную область в замагниченной газоразрядной плазме.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы и полученные результаты докладывались на российских и международных конференциях: XL VII, XLVIII, XLIX Научных конференциях Московского Физико-Тёхничёского института, International Conference on Strongly Coupled Coulomb Systems (Moscow, 2005), 33rd European Physical Society Conference on Plasma Physics (Rome, 2006), XXII Международной конференции "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество" (Эльбрус, 2007), 34th European Physics Society Conference on Plasma Physics (Warsaw, 2007), 1st Workshop on the "Dust in Fusion Plasmas" (Warsaw, 2007), 2nd International Conference on the Physics of Dusty and Burning Plasmas (Odessa, 2007).

Стенд для исследования пылевой плазмы в тлеющем разряде постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля прошёл успешную проверку в ходе экспериментальных исследований. Работа автора «Вихри в пылевой плазме тлеющего разряда постоянного тока» стала лауреатом конкурса «Новая генерация» в области энергетики и смежных наук. Автор с работой по разработке и реализации метода 3D диагностики стал победителем программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК») 2007 года.

5.3 Выводы к Главе 5

В главе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия сильного аксиального магнитного поля (до 2500 Гс) на плазменно-пылевые структуры в стратифицированном тлеющем разряде постоянного тока. Наблюдалось вращение небольших структур (с числом частиц около ста) в магнитном поле, причем с усилением магнитного поля направление вращения изменялось. Впервые наблюдался сдвиг пылевых частиц из центральной в пристеночную область газоразрядной трубки с сохранением угловой скорости вращения при увеличении магнитного поля до 700 Гс. Получены динамические характеристики пылевых структур при различных значениях индукции магнитного поля: кинетическая температура, коэффициент диффузии, а также эффективный параметр неидеальности. Предложено теоретическое объяснение инверсии угловой скорости вращения плазменно-пылевых структур, их разлета к стенкам, получены оценки предельного магнитного поля, при котором левитация пылевых частиц становится невозможна вследствие их падения на стенки газоразрядной камеры.

Заключение.

В заключение сформулируем основные результаты, полученные в работе:

1. Разработана и реализована методика трехмерной диагностики плазменно-пылевых структур на основе принципа бинокулярного зрения для нахождения пространственных координат, скоростей и траекторий частиц.

2. С помощью разработанной методики трехмерной диагностики получены количественные данные о динамических характеристиках вихревых пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока. Определены профили распределения скоростей и кинетическая энергия частиц для различных участков вихревой структуры; получены значения градиента зарядов и радиуса экранирования X. Показано, что в условиях силы тяжести для формирования вихревого движения макрочастиц достаточно небольшого изменения их зарядов.

3. Создан экспериментальный стенд для изучения пылевой плазмы тлеющего газового разряда постоянного тока при воздействии аксиального магнитного поля с индукцией 0-3*104 Гс, который состоит из следующих основных элементов: генератора магнитного поля; системы вакуумной откачки и газоразрядной трубки; диагностического комплекса для визуализации и регистрации плазменно-пылевых структур.

4. Впервые проведены исследования плазменно-пылевых структур в стратах тлеющего разряда постоянного тока в магнитном поле с индукцией до 2500 Гс. Получены кинетические температуры пылевых частиц; обнаружено увеличение неидеальности плазменно-пылевой структуры и уменьшение коэффициента диффузии при увеличении индукции аксиального магнитного поля до 300 Гс. Кроме того, при увеличении индукции магнитного поля до 700 Гс наблюдался уход пылевых частиц из приосевой области разряда в пристеночную область.

5. На основе анализа амбиполярной диффузии в замагниченой плазме предложено объяснение динамики пылевых частиц в тлеющем газовом разряде в магнитном поле. Проведены оценки максимальной индукции магнитного поля, при которой возможна левитация пылевых частиц в разряде.

Основные публикации по теме диссертации.

1. М.М. Васильев, С.Н. Антипов, Диагностика уединенной пылевой частицы в страте тлеющего разряда постоянного тока, Труды XLV научной конференции МФТИ, (Москва - Долгопрудный, 2002), часть VIII, е.

2. С.Н. Антипов, М.М. Васильев, Одномерные кристаллические структуры пылевых частиц под воздействием лазерного излучения в тлеющем разряде постоянного тока, Тезисы XVIII Международной конференции "Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество" (Эльбрус, 2003), с. 150.

3. М.М. Васильев, С.Н. Антипов, Сепарация пылевых частиц по размерам в плазменно-пылевых структурах в тлеющем разряде постоянного тока, Труды XLVI научной конференции МФТИ, (Москва - Долгопрудный, 2003), часть VIII, с. 11.

4. М.М. Васильев, С.Н. Антипов, Формирование вихревых пылевых структур в плазме тлеющего разряда постоянного тока, Труды XLVII научной конференции МФТИ, (Москва - Долгопрудный, 2004), часть VIII, с. 115

5. М.М. Vasiliev, S.N. Antipov, O.F. Petrov, Large-scaled vortices in dc glow discharge dusty plasma, Abstracts of International Conference on Strongly Coupled Coulomb Systems, (Moscow, Russia, 2005), p. 55

6. М.М. Васильев, С.Н. Антипов, Воздействие сильного магнитного поля на плазменно-пылевые структуры в тлеющем разряде постоянного тока, Труды XLVIII научной конференции МФТИ, (Москва - Долгопрудный, 2005), часть VIII, с. 165

7. M.M. Vasiliev, S.N. Antipov and O.F. Petrov, Large-scale vortices in dc glow discharge dusty plasmas, Journal of Physics A: Mathematical and General, Vol. 39, pp. 4539-4543,2006.

8. M.M. Vasiliev, S.N. Antipov, V.E. Fortov, V.D. Levchenko, O.F. Petrov, K.B. Statsenko, Vortices in dc Discharge Dusty Plasmas: One Mechanism and 3D Diagnostics, Proceedings of 33rd EPS Conference on Plasma Phys. Rome, 19-23 June 2006 ECA Vol.301, D-5.027 (2006)

9. K.B. Statsenko, Yu.V. Khrustalyov, S.N. Antipov, M.M. Vasiliev, V.D. Levchenko, O.F. Petrov, Structure and Melting of 3D Anisotropic Dust Crystals in dc Glow Discharges, Proceedings of 33rd EPS Conference on Plasma Phys. Rome, 19-23 June 2006 ECA Vol.301, D-5.028 (2006)

10. M.M. Васильев, C.H. Антипов, К.Б. Стаценко, Ю.В. Хрусталев, В.Д. Левченко, О.Ф. Петров, Трехмерная диагностика плазменно-пылевых структур, Статьи XXII Международной конференции Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество, стр. 302-305, (2007), Эльбрус

11. М.М. Васильев, ЛГ Дьячков, СН Антипов, ОФ Петров, BE Фортов, Плазменно-пылевые структуры в магнитных полях в разряде постоянного тока, Письма в ЖЭТФ, том 86, вып. 6, стр. 414-419, (2007)

12. M.M. Vasiliev, S.N. Antipov, O.F. Petrov, Book of Abstracts of 34th European Physics Society Conference on Plasma Physics, (2007), Warsaw, Poland

1. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир, 1971.

2. Sodha М. and Guha S. Physics of Colloidal Plasmas// Adv. Plasma Phys. 1971. V.4. P.219

3. Жухбвицк'ий Д., Храпак А., Якубов И. Ионизационное равновесие в плазме с конденсированной дисперсной фазой / Под ред. Б. М. Смирнова // Химия плазмы. Вып.11. М.: Энергоиздат, 1984.

4. Goertz С. К. Dusty Plasmas in the Solar System // Reviews of Geophysics. 1989. V. 27. P. 271.5. de Angelis U. The Physics of Dusty Plasmas // Phys. Scripta. 1992. V. 45. P. 465.

5. Verheet F. Dusty plasmas in application to astrophysics // Plasma Phys. Control. Fusion. 1999. V. 41. P. A445.

6. Winter J. Dust in fusion devices experimental evidence, possible sources and consequences // Plasma Phys. Control. Fusion. 1998. V. 40. P. 1201.

7. Цытович B.H., Винтер Дж. Пыль в установках управляемого термоядерного синтеза // УФН. 1998. Том 168. С. 899.

8. Ichimaru S., Strongly Coupled Plasmas: High-Density Classical Plasmas and Degenerate Electron Liquids // Rev. Mod. Phys, 1982, V.54. P. 1017

9. Samarian A., Vaulina 0., Tsung W., James B. //Physica Scripta 2002.-T98.-P.123-126.

10. Ivlev A.V., Samsonov D., Goree J., Morfill G., and Fortov V.E. // Phys. Plasmas. 1999. V. 6 P. 741.

11. Winske D. and Rosenberg M. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1998. V. 26. P. 92.

12. С. Ваулина, А.А. Самарян, Б. Джеймс и др. // ЖЭТФ 2003. Том 123.-С. 1179.

13. Молотков В., Нефедов А., Торчинский В. и др.//ЖЭТФ 1999. Том 116.-С.902.

14. Fortov V., Nefedov A., Vladimirov V., et al. //Physics Letters A 1999. V.258. P.305.

15. Morfill G., Thomas H., Konopka U., et al. // Phys. Rev. Lett. 1999.V. 83. P. 1598.

16. Low D.A., Steel W.H., Annaratone B.M. et al. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. P. 4189.

17. Zhakhovskii V.V., Molotkov V.I., Nefedov A.P. et al. // JETP Lett. 1997. V. 66. P. 419.

18. Жаховский B.B., Молотков В.И., Нефедов А.П. и др. // Материалы конференции по физике низкотемпературной плазмы. Издательство Петрозаводского университета.-1998.-С.684.

19. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Петров О.Ф., Фортов В.Е. //ЖЭТФ,-2000.-Том 118.-№6.-С. 1319-1324.

20. Ваулина О.С., Нефедов А.П., Петров О.Ф., и др. //ЖЭТФ.-2001.-Том 120. -№6.-С. 1369-1374.

21. Фортов В.Е., Ваулина О.С., Петров О.Ф., и др. // ЖТЭФ.-2003. Том 126.-С. 798.

22. Agarwal А.К., Prasad G. //Physics Letters A 309-2003.-P. 103-108.

23. Boushoule A., Morfill G.and Tsytovich V.//Coments on Modern Physics Part С/ Comments in Plasma Physics an Controlled Fusion. 1999. V. 1. P.131.

24. Морфилл Г., Цытович В.//Физика плазмы. 2000. Т.26. СЛ.

25. Цытович В.Н.// Физика плазмы. 2000. Т.26. С. 668.

26. Цытович В., Морфилл Г.// Физика плазмы. 2002. Т.28. С. 195.

27. Морфилл Г., Цытович В. и Томас X. .// Физика плазмы. 2002. Т. 28сл.

28. С. Ваулина, А.А. Самарян, О.Ф. Петров, и др. // Phys Plasma, (2003)

29. Hinsch, Klaus D.; Herrmann, Sven F. Holographic Particle Image Velocimetry // Measurement Science and Technology, V 15,1 4 (2004)

30. T. Antonova, В. M. Annaratone: Interaction Among Particles in 3D Plasma Clusters IN 799, pp. 299-302 New vistas in dusty plasmas: Fourth International Conference on the Physics of Dusty Plasmas

31. U. Konopka, D. Samsonov, A. Ivlev, et al., Physical Rev. E, V 61, №2, 1890 (2000)

32. E. С. Дзлиева, E. С. Карасев, А. И. Эйхвальд, Оптика и Спектроскопия, том 98, №4, с. 640 (2005)

33. Е. С. Дзлиева, Е. С. Карасев, А. И. Эйхвальд, Оптика и Спектроскопия, том 100, №3, с. 499 (2006)

34. Дзлиева Е.С., Карасев В .Ю, Эйхвальд А.И //Опт. и спектр. 2004. Т97. № 1.С. 107-113.

35. Карасев В .Ю, Эйхвальд А.И, Дзлиева Е.С. //Опт. и спектр. 2006. Т101.№3. С. 503-510

36. Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. М: Атомиздат, 1969

37. Allen J. Probe Theory The Orbital Motion Approach // Phys. Scr. 1992. V 45. P. 497.

38. Смирнов Б.М. Аэрозоли в газе и плазме. М.: Изд-во ИВТАН, 1990.

39. Goree J. Charging of Particles in a Plasma // Plasma Sources Sci, Technol. 1994. V.3.P. 400

40. Vaulina O.S., Khrapak S.A., Petrov O.F., Nefedov A.P. //Phys. Rev. E.-1999.-V. 60.-P.5959-5965.

41. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987

42. Khrapak S.A., Ivlev A.V., Morfill G. et al. //Phys. Rev. E.-2002.-V. 66.046414.

43. S. Vaulina, S. V. Vladimirov, O. F. Petrov, V. E. Fortov. // Physical Review Letters. 2002. V. 88. 245002.

44. Daugherty J.E., Porteous R.K., and Graves D.B. Electrostatic forces on small particles in low-pressure discharges // J. Appl. Phys. 1993. V. 73. P. 1617.

45. Ландау JI.Д., Лифшиц ЕМ. Гидродинамика. М.: Наука, 1988.

46. Nitter Т. //Plasma Sources Sci. Technol.-1996. -V.5.-P. 93.

47. Фортов B.E., Нефедов А.П., Торчинский В.М., Молотков В.И., Храпак А.Г., Петров О.Ф., Волыхин К.Ф. Кристаллизация пылевой плазмы в положительном столбе тлеющего разряда // Письма в ЖЭТФ. 1996. Т.64. Вып.2. С.86-91.

48. Fortov V.E., Nefedov А.Р., Torchinsky V.M., Molotkov V.I., Petrov O.F., Samarian A.A., Lipaev A.M., Khrapak A.G. Crystalline structures of strongly coupled dusty plasmas in dc glow discharge strata // Phys. Lett. A. 1997. V. 229. P. 317.

49. Голубовский Ю.Б., Нисимов С.У. II ЖЭТФ.- 1995.-Том 65.-C. 46.

50. M. Klindworth, A. Melzer, A. Piel, Physical Rev. В, V 61, №12, 8404 (2000)

51. F. Cheung, A. Samarian, B. James, New Journal of Phys. 5, 75 (2003)

52. D Samsonov, S. Zhdanov, G. Morfill, et al., IOP New J. Phys. 5 (2003) 24

53. N.Sato, G.Uchida, T.Kaneko, Physics of Plasmas V 8, N5 (2001)

54. V.Yu. Karasev, E.S. Dzlieva, A.Yu. Ivanov, et al., Physical Rew. E 74, 066403,(2006)

55. Battistelli E., Bruscaglioni P. and al., Separation and analysis of forward scattered power in laboratory measurements of light beam transmittance through a turbid medium // Appl. Opt., 1986, V.25, No.3, P.420

56. Sinrad R.W., Zaneveld R.V., Рак H., Volume scattering function of suspended particulate matter at near-forward angles: a comparison of experimental and theoretical values (ET) // Appl. Opt. 1978. V.17. No.7. P.1125.

57. Th. Trottenberg, A. Melzer, A. Piel// Plasma Sources Sci. Technol. 1995, V. 4, P. 450

58. U. Konopka, L. Ratke, H.M. Thomas// Phys. Rev. Lett. 1997, V. 79, P. 1269

59. A. Homann, A. Melzer, A. Piel// Phys. Rev. E 1999, V. 59, P. R3835

60. Дзлиева E.C., Карасев В .Ю, Эйхвалъд А.И. //Опт. и спектр. 2002. Т 92. №6. С. 1018-1023.

61. Т. Antonova, В. М. Annaratone: Interaction Among Particles in 3D Plasma Clusters //Volume 799, pp. 299-302

62. Vaulina O.S., Khrapak S.A., Petrov O.F., Nefedov A.P. //Phys. Rev. E.-1999.-V. 60.-P.5959-5965.

63. Е.Д. Эйдельман, Соросовский Обр. Журн., том 6, №5, стр. 94-100 (2000)

64. А.В. Недоспасов, Токово-конвективная неустойчивость плазмы, УФН, Т116, №4, стр. 643-661, (1975)

65. М. Klindworth, A. Melzer, A. Piel, Physical Rev. В, V 61, №12, 8404 (2000)

66. F. Cheung, A. Samarian, B. James, New Journal of Phys. 5, 75 (2003)

67. C. Ваулина, О.Ф. Петров, B.E. Фортов, ЖЭТФ, т. 127, вып.5., c.l 153 (2005)

68. Грановский B.JL Электрический ток в газах. Т. 1. М, JI. Гостехиздат, 1952.

69. В.Е. Голант, А.П. Жилинский, И.Е. Сахаров. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат с 384 (1977)

70. В.Е. Фортов, А.Г. Храпак, С.А. Храпак и др., УФН, том 174, №5, с. 495(2004)

71. Ю.А. Голубовский, С.У. Нисимов. ЖТФ 65, № 1,46 (1995)

72. G.A. Paulikas, R.V. Ру le, //Phys. Fluids 5, 348 (1962).

73. А.В. Недоспасов, К.И. Эфендиев, Г.И. Гарибов, //ТВТ 9, 22 (1971).

74. B.JI. Вдовин, А.В. Недоспасов, //ЖТФ 32, 817.