Кинетика макрочастиц в упорядоченных структурах комплексной плазмы тлеющего разряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

На правах рукописи

005015656

Пискунов Андрей Анатольевич

КИНЕТИКА МАКРОЧАСТИЦ В УПОРЯДОЧЕННЫХ СТРУКТУРАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПЛАЗМЫ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА

01.04.04 - физическая электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 МАР 2012

Петрозаводск 2012

005015656

Работа выполнена на кафедре информационно-юмеригельных систем и физической электроники федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет».

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Сысун Валерий Иванович, Петрозаводский государственный университет

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук доцент Карасев Виктор Юрьевич, Санкт-Петербургский государственный университет

Ведущая организация:

кандидат физико-математических наук Платонов Алексей Александрович, Карельская государственная педагогическая академия, г. Петрозаводск

Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва

©о?

Защита состоится «16» марта 2012 г. в /¡Я" часов в ауд. 221 на заседании диссертационного совета ДМ 212.190.06 при Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия, Петрозаводск, Ленина пр., д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан « 2012 г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета, д. ф.-м.н. rtgЕльс^-"*— A. JI. Пергамент

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Особенности взаимодействия между частицами в комплексной плазме приводят к формированию упорядоченных плазменно-пылевых структур (УППС), свойства которых тесно связаны с характером микроскопических взаимодействий. Для изучения свойств плазмы традиционно используют тлеющий разряд.

Современные исследования УППС комплексной плазмы в основном касаются внешнего проявления вида структур и поведения их как целого при изменении условий и в гораздо меньшей степени исследованы особенности движения макрочастиц и в еще меньшей степени рассмотрены корреляции между строением УППС и движением макрочастиц. Существуют объективные трудности проверки некоторых представлений из-за недостаточности экспериментальных данных о поведении макрочастиц в структуре с течением времени, и наличия величин (напр., заряд макрочастицы), трудно определяемых из эксперимента. Получение достоверных и непротиворечивых данных о параметрах структуры разного физико-химического состава и характеристиках движения макрочастиц в зависимости от действующих условий позволит проверить современные представления о силах межчастичного взаимодействия, которые удерживают структуру от распада и определяют распределение макрочастиц в структуре. Определение пространственного положения большого количества макрочастиц в последовательные моменты времени требует разработки программно-аппаратных средств для сбора и обработки данных.

Цель работы. Исследование закономерностей структурообразо-вания и поведения макрочастиц в УППС разного состава «материал конденсированной дисперсной фазы - плазмообразующий газ» (КДФ-ПГ) в широком диапазоне плазменных условий в тлеющем разряде постоянного тока.

Научная новизна. Получены новые экспериментальные данные о характере движения и пространственном расположении макрочастиц в УППС в комплексной плазме тлеющего разряда при малых плотностях постоянного тока (19-94 мкА/см2) и низких давлениях газа (60-600 Па см) в зависимости от параметров разряда для различных систем КДФ-ПГ: Аг+А1203, Не+А1203, Аг+2п, - позволяющих судить о силах межчастичного взаимодействия, которые удерживают УППС от распада и определяют их свойства. На основе полученных данных был проведен комплексный анализ влияния плазменных условий и состава комплексной плазмы на параметры УППС. Разработан пакет оригинальных компьютерных программ, позволяющий организовать сбор и

обработку экспериментальных данных с помощью оборудования захвата видеоданных.

Положения, выносимые на защиту:

1) Комплекс фактических данных о состоянии УПТТС комплексной плазмы тлеющего разряда в диапазоне действующих условий: j= (19-94 мкА/см2) и рЬЦ, =(60-600 Па см), - для систем КДФ-ПГ разного состава: Аг+А1203 (<К>=23 мкм), Ке+А1203 (<11>=23 мкм), Аг+гп (<Л>=8 мкм), Ах+Ъп (<Я>=28 мкм):

а) определены положения макрочастиц и средние межчастичные расстояния в УППС в зависимости от действующих условий: давление ПГ, разрядный ток;

б) определены скорости перемещения макрочастиц в УППС в зависимости от действующих условий: давление ПГ, разрядный ток;

в) определены коэффициенты диффузии макрочастиц в УППС для различных разрядных условий: давления ПГ и плотности разрядного тока;

г) впервые определен коэффициент термического расширения; величина коэффициента линейного термического расширения УППС отрицательна.

2) Корреляции перемещений макрочастиц в УППС, нормальное распределение макрочастиц по скоростям.

3) Пакет алгоритмов и программ, используемых в системе компьютерного зрения, для автоматизированного получения и обработки данных о положениях макрочастиц в последовательные моменты времени.

Достоверность научных исследований подтверждается: объективностью и надежностью данных, полученных с помощью унифицированных программных и технических средств, а также сравнением с имеющимися экспериментальными данными.

Научная и практическая значимость. Результаты исследований могут служить экспериментальной базой для проверки достоверности математических гипотез в рамках развития теории плазменно-пылевых структур. Результаты анализа полученных данных дают информацию об эволюции структур макрочастиц с изменением действующих условий, а также дают возможность связать характеристики индивидуальных веществ с параметрами УППС.

Апробация работы. Содержание работы было представлено в виде устных и стендовых докладов на Всероссийском симпозиуме молодых ученых, студентов и аспирантов «Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск,

2005), XVI Международной конференции по газовым разрядам и их приложениям (Xi'an, Китай, 2006), 3й Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2007), Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 2007), Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LAB VIEW и технологии National Instruments» ESEA-NI-07, (Москва, 2007), V Международной конференции по физике пылевой плазмы (Понта Дельгада, Азоры, Португалия, 2008), V Всероссийской конференции «Физическая электроника» (Махачкала, 2008), XII Школе молодых ученых «Актуальные проблемы физики» и П Школе-семинаре «Инновационные аспекты фундаментальных исследований» (Москва, ФИАН, 2008), III Всероссийской молодёжной школе-семинаре с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (Москва, 2009), XIII Международной конференции по физике неидеальной плазмы (Черноголовка, Москва, 2009), 3й Международной конференции «Пылевая плазма и её приложения» (Одесса, Украина, 2010), VII Российской конференции «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды» (Москва, НИЯУ МИФИ, 2010), Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 2011), VI Международной конференции по физике пылевой плазмы (Гармиш-Партенкирхен, Германия, 2011).

Публикации. Основные результаты исследования опубликованы в 13 работах: 4 статьи, в т. ч. 3 в изданиях из списка, рекомендованных ВАК, и 9 публикаций в материалах Всероссийских и международных конференций. \

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Работа содержит 106 страниц плюс 14 страниц приложения. В основной текст диссертации включен 91 рисунок, 20 таблиц. Список использованной литературы включает 154 наименования.

Личный вклад автора. Данная работа была выполнена в 20052011 гг. в лаборатории пылевой плазмы научно-образовательного центра «Плазма» Петрозаводского государственного университета. Постановка задач и планирование исследования были осуществлены совместно с первым научным руководителем профессором [Хахаевым А. Д.. Для достижения поставленных целей автором создан программно-аппаратный комплекс исследования УППС в плазме тлеющего разряда. Самостоятельно разработан шкет программ организующих автомати-

зированный сбор и обработку экспериментальных данных. Проведение экспериментов, обработка результатов измерений, анализ и обобщение результатов исследования, написание текста диссертации осуществлялось самостоятельно.

Благодарности. В период 2006-2008 гг. работа выполнялась при финансовой поддержке по гранту ШХО-000013-Р2-06/В2М413 (НОЦ «Плазма») Американского фонда гражданских исследований и развития, а также Министерства образования и науки РФ и правительства Республики Карелии, в 2011 г. - поддержана в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (ГК №14.740.11.1106).

За обсуждение и деятельное участие сотрудникам кафедры информационно-измерительных систем и физической электроники Петрозаводского государственного университета Л. А. Луизовой, С. Ф. Подрядчикову, А. И. Щербине.

Специальная благодарность сотрудникам кафедры физики твердого тела Петрозаводского государственного университета Л. А. Алешиной и Д. В. Логинову за проведение рентгенографического исследования структуры порошков.

Содержание работы

Во введении дается определение комплексной плазмы, краткая история открытия упорядоченных плазменно-пылевых структур (УППС), обоснование актуальности исследования комплексной плазмы и УППС, обозначены нерешенные проблемы в исследованиях, методы исследования, используемые в работе, отмечены научная новизна и научная и практическая ценность работы, сформулированы выносимые на защиту положения.

Первая глава является обзором экспериментальных работ в области исследования упорядоченных плазменно-пылевых структур, полученных в плазме тлеющего разряда.

В этой главе обобщены уже имеющиеся в наличии результаты экспериментов, начиная с первой экспериментальной работы (Нефедов, 1996), проводимых с УППС в стратах тлеющего разряда постоянного тока при изменении условий значимых для их формирования и существования. Систематические экспериментальные исследования в области УППС комплексной плазмы тлеющего разряда постоянного тока ведутся немногочисленными группами ученых: в РАН под руководством В. Е. Фортова, в ПетрГУ под руководством А. Д. Хахаева, в СПбГУ при участии В. Ю. Карасева, в Институте внеземной физики

общества M. Планка под руководством Морфилла Г. (Германия), а также в университете штата Айовы (США) под руководством Мерлино Р. и в некоторых других лабораториях. Результаты исследований отражают картину изменений внутреннего строения при изменении действующих условий на УППС: концентрации и энергий частиц комплексной плазмы (ионы, электроны, нейтралы, макрочастицы), - а также внешних воздействий в виде магнитных полей, градиентов температур, изменений конфигурации электрического поля и др. (Нефедов и др., 1997, 2002; Балабанов и др., 2001; Василяк и др., 2003, 2005; Хахаев и др., 2005, 2006, 2007; Карасев и др., 2006, 2008; Антипов и др., 2008; Жаховский и др., 1997; Ваулина и др., 2003; Khrapak et al., 2005; Thomas et al., 2007; Ratynskaia et al., 2004; Sato et al., 2001; Васильев и др., 2007; Merlino et al., 1999, 2001, 2008, 2009). Специально следует выделить эксперименты, в которых были обнаружены плазменно-пылевые образования, удерживаемые в стабильном состоянии исключительно за счет внутренних сил взаимодействия (Antipov et al., 2007; Usachev et al., 2009).

Из многочисленных наблюдений явно следует, что макрочастицы могут образовывать УППС различного типа. Все эти структуры, как показали и наши исследования, объединяет то, что они обладают, во-первых, целостностью структуры, во-вторых, четко выраженной границей, в-третьих, макрочастицы отстоят друг от друга на некотором расстоянии, которое определяется силами взаимодействия, и, в-четвертых, макрочастицы совершают непрерывное движение, область локализации которого зависит от типа структуры. Таким образом, обнаруживая разные УППС макрочастиц, следует ожидать для них различные свойства при концептуальной общности их структурной организации.

До сих пор не было получено комплексных численных данных о расположении и характеристиках движения макрочастиц в УППС, а также данных о роли физико-химического состава УППС в формировании структуры, которые позволили бы, используя современные подходы для описания поведения многочастичных систем (напр., кинетические уравнения или уравнения динамики, методы математического моделирования), установить, например, функцию взаимодействия между макрочастицами в УППС.

В этой главе также рассмотрены результаты исследований плаз-менно-пылевых сред с различным газовым и пылевым наполнением, проведенные в лаборатории пылевой плазмы Петрозаводского государственного университета под руководством Хахаева А. Д. за последние 6 лет (2005-2011 гг.) по исследованию роли компонентного состава

в формировании свойств УППС. Эти работы, в основном, касаются исследования внутреннего строения УППС, с помощью анализа межчастичных расстояний, пространственных спектров, пространственных корреляционных функций. Кроме этих исследований можно назвать всего лишь три экспериментальные работы, в которых целенаправленно изменялся состав ППО (Молотков и др., 2000; Maiorov et al., 2008; Антипов и др., 2011). В этой главе высказывается важное замечание о роли примесных газов в формировании свойств структур. Для достоверного определения этих свойств в газе данного сорта доля атомов примеси не должна превышать 10".

Во второй главе дается подробное описание технических, компьютерных и программных средств используемых в эксперименте, которые обеспечивают необходимые условия для формирования плаз-менно-пылевых структур и сбор и обработку данных о состоянии

В качестве рабочего объема дня создания необходимых условий для формирования УППС используется внутреннее пространство газоразрядной трубки (Rtp=15±1 мм) с встроенной системой инжекции макрочастиц, подсоединенной к автоматическому вакуумному посту, позволяющему производить откачку газов до 10"5 торр и напускать плаз-

Рисунок 1 Схема экспериментальной установки. М{юбразующий газ ш_

вестного состава в диапазоне давлений 0.01-10 торр, контролировать плотность тока в диапазоне 15-1500 мкА/см2.

Получение данных о состоянии УППС осуществляется с помощью специального программно-аппаратного комплекса в рассеянном на макрочастицах лазерном излучении. Автоматизированный программно-аппаратный комплекс, разработанный на основе технологии IMAQ Vision, был собран на базе персонального компьютера под управлением операционной системы Windows 98.

УППС и макрочастиц в структуре.

t Контейнере порошком

Макрочастицы Конус

Cf

JX

Катод

V

Газоразрядная трубка

^—

Цилиндрические линзы Лажр J ^ ,/ (>.=532 им)

ПЗС-камера (PAL)

к вакуумному посту

Компьютер с платой видеоэахвата +IMAQViston

Визуализация макрочастиц в плазме осуществляется с помощью излучения полупроводникового лазера. Рассеянный на макрочастицах свет фиксируется на ПЗС-матрице видеокамеры. Сформированный видеосигнал передается по коаксиальному кабелю в устройство сбора данных PCI-1411.

Параметры комплекса: режим работы лазера непрерывный,

поле зрения видеокамеры 2,9x3,8 мм2, глубина резкости 80±1 мкм,

пиксельное разрешение 6 мкм/пиксель,

временное разрешение, At=l/v 1/25 с.

Оригинальный пакет программ, разработанный автором в среде LabVŒW, организует работу комплекса.

Первая часть пакета (программа Acquisition.vi) организует сбор и обработку видеоданных. Инициирует захват видеоданных, выполняет процедуры по распознаванию частиц на изображении, сохраняет данные координат в файл на НЖМД в формате txt. Для обнаружения частиц на изображении последовательно применяются процедуры сегментации (критерий - порог яркости пикселей) и морфологического анализа (критерий - связность по 8 пикселям). Было обработано более 3500 изображений. Особенность распознавания частиц в структуре по их изображениям заключается в том, что каждая макрочастица совершает нерегулярные перемещения в окружении других макрочастиц.

Вторая часть пакета (библиотека comp_plasma.llb) организует вычислительные операции над данными пространственных положений макрочастиц: средних величин и их дисперсий, статистических критериев и коэффициентов, - отображает результаты на дисплей и формирует отчет в формате html.

На рис. 2 показаны положения макрочастиц в последовательные моменты времени (Y - направление вдоль оси разрядной трубки, X -вдоль радиуса).

Рисунок 2 Траектории движения макрочастиц в УППС комплексной плазмы: Аи-А1203.

В третьей главе приведено описание физико-химических характеристик веществ, используемых для формирования УППС: внутренняя структура и химический состав, а также распределения по размерам для макрочастиц. В качестве газовой компоненты использовались инертные газы Аг и Ые, для пылевого наполнения были использованы частицы порошка, которые различаются как по составу, так и по размеру:

- полидисперсный металлический цинк (Ы = 1-20 мкм, <Ы>=8 мкм, р=7100 кг/м3, <тл>=1.5*10"и кг),

- полидисперсный металлический цинк (Я = 20-35 мкм, <Л>=28 мкм, р=7100 кг/м3, <ша>=6.5*10"10 кг),

- полидисперсные частицы А1203 (Я = 5-35 мкм, <Я>=23 мкм, р=4000 кг/м3, <ю<1> =2.0*10"'°кг).

Рентгенографический анализ показал, что в образцах цинка есть оксидная фаза (14%). Порошок оксида алюминия двухфазный: корунд (76%) + моноклинная фаза (24%).

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования закономерностей структурообразования и поведения макрочастиц в УППС разного физико-химического состава. Данные экспериментов были получены с использованием программно-аппаратного комплекса, описанного в главе 2.

' ' н « 1 * • * • V г+/,11 • Аг+А1,0> 1 » - *

*. 14 .' ' 1 ^ ; ■ х • • • 1 мм . * . 1 мм

1 • ■• I

Рисунок 3 Продольное сечение структур составленных из макрочастиц в плазме при давлении р=0.6 торр, разрядном токе 1=1.0 мА, А1203 (<Я>=23 мкм), 7.п (<11>=28 мкм).

Стабильность плазменно-пылевых структур достигается балансом внешних и внутренних сил по отношению к структуре. Появление внутренних сил связано с зарядом макрочастиц - величиной, которая остается неизвестной, но является принципиально важной при выстраивании макрочастиц в структуру и установлении расстояния между ними. В результате каждая макрочастица занимает положение в структуре относительно других макрочастиц (рис. 2, 3) на расстоянии (рис. 4), средняя величина которого определяется давлением ПГ и составом КДФ-ПГ.

Каждая макрочастица совершает непрерывные нерегулярные колебания (рис. 2). Характерные масштабы времени для колебаний макрочастиц в отсутствие внешних воздействий, с одной стороны, определяются частотой столкновений с нейтралами с другой стороны, -частотой электростатических колебаний макрочастиц со (табл. 1).

<*,«»►. а) 6) "■•*<" в)

275 223

*

*

ОАг+А£03 АДГ+2МСМ)

225 175

ОАГ+ЛЕОЗ о№*ДВОЭ ^

О/Ч+АЕОЗ ХАХ+гп(6>

Рисунок 4 Зависимость межчастичного расстояния от давления ПГ для различных систем КДФ-ПГ.

\и (для р=100 Па), Гц (о, Гц

КДФ\ПГ Аг Ие

Ъъ (<Ы>=8 мкм) 15 (123) 11 (89) 80

Хп (<И>=28 мкм) 4(6) 3 (4,4) 12

А1203 (<Я>=23 мкм) 9(43) 7(32) 21

,, 10мм:

Взаимодействия макрочастиц с заряженными частицами и столкновения с нейтралами определяют значения транспортных характеристик макрочастиц в данных условиях.

В исследуемых условиях для частиц А1203 и Тп (<11>=28 мкм) г> V],, о), поэтому проводимые измерения перемещений макрочастиц с временным разрешением 1/у вполне отражают физическую картину поведения макрочастиц. Для Ъл

— р—0.3 торр р=0.6 торр

2 4 6 8 10

Рисунок 5 Экспериментальная зависимость среднеквадратичного смещения макрочастиц А1203 в Аг от времени.

частиц (<Я>=8 мкм) т. Ха-

рактерное время релаксации макрочастиц к состоянию упорядоченной структуры составляет т~2 секунд (рис. 5). Изменение действующих условий приводит к перестройке УППС, при этом изменяется межчастичное расстояние и об-

ласть локализации каждой макрочастицы (рис. 5). Уровень насыщения

кривых зависимости среднеквадратичного смещения макрочастиц от времени при пониженных давлениях (0.3 торр) в среднем лежит выше, что вызвано уменьшением потерь на трение со стороны нейтралов. Это в свою очередь приводит к расширению области локализации макрочастиц. Данные рис. 5 можно интерпретировать наличием двух режимов существования структуры для исследуемых условий: режим установления структуры (Кт) и режим установившейся структуры (t>c), -которые характеризуются своим коэффициентом диффузии Dg~10"4 мм2/с и Dl~10 5 мм^/с соответственно. Отношение Di/Ds может служить в качестве одного из критериев фазового состояния системы броуновских частиц (Hofímann и Löwen, 2001); для исследуемых систем в рассматриваемых условиях составляет ~10%, что соответствует пограничной области между жидкостью и кристаллическим состоянием.

Формирование и существование структуры из частиц связано с различного рода корреляциями, которые, в том числе, проявляются в согласованном движении макрочастиц. Для оценки степени согласованности движения двух макрочастиц используется оценка коэффициента корреляции между перемещениями макрочастиц с течением времени.

Как следует из рис. 6 и 7 перемещения макрочастиц в структуре сильно коррелированы, при этом наилучшие корреляции наблюдаются на малых временах дискретизации Дt = t/N,, т.е. для выборок больших

размеров Nt при фиксированном времени наблюдения t. Оценка коэффициента корреляции перемещений двух макрочастиц с номерами к и / по координате х (♦ на рис. 6,7) в течение времени наблюдения вычисляется по формуле:

-dxk)(dxH -dx¡)

ÍA— Д—

K^-dxrf^^-dx,)2

I ы ы

Очевидно, что rx(kl)= гх(1к). Смещение из начального положения макрочастицы с порядковым номером к в момент времени t = Ш относительно начала наблюдения dxu =хи-хы и средняя величина смещения fa . Аналогично для перемещений на направление у (■ на

* /v " в i¥i /=i

рис. 6, 7). В качестве оценки степени согласованности используется величина N показывающая процент пар коррелирующих макрочастиц N _ N(rx >R«P) ,jqq»/» гДе дг _ М(М-1) - количество неповторяющихся

""" 2

пар макрочастиц, Mr^R^) - количество неповторяющихся пар корре-

лирующих макрочастиц, М - количество макрочастиц в структуре, Я,,, - табличная величина для коэффициента корелляции.

100 80 60 40 20 О 100 80

а)

100 80 60 40 20 О

б)

О 20 I4H>

80 100 В)

М

О 20 40 60 80 100

Рисунок 6 Зависимость средневзвешенной величины N от размера выборки m=Nt при фиксированном времени наблюдения t = 4 с: а) Аг+А1203 (<R>=23 мкм), б) Ar+Zn (<R>=8 мкм), в) Ar+Zn (<R>=28 мкм), давление 0.6 торр, разрядный ток 1 мА).

а)

4%

Рисунок 7 Зависимость N от давления ПГ при наименьшем времени дискретизации Д 1=1/25 с для выборки N,=100 (ПГ-КДФ А1Н-А1203(<К>=23 мкм) разрядный ток 1 мА, AiГ^-Za (<Я>=8 мкм) разрядный ток 0.5 мА).

Наилучшие корреляции наблюдаются на малых временах дискретизации Д1, что объясняется столкновениями макрочастиц с нейтралами: чем меньше промежуток времени А1, тем меньше отклонение макрочастицы от исходного направления движения. Средний процент пар макрочастиц, между которыми наблюдаются корреляции в перемещениях, лежит в пределах 60-80%. Явной зависимости этой величины от параметров разряда и направления, равно как и от характеристик вещества комплексной плазмы, обнаружено не было.

Данные о корреляциях, а также данные, которые устанавливают неоднородность упаковки УППС (Карасев и др., 2008), согласуются

друг с другом и подтверждают неоднородность структуры. В частности, при некоторых условиях можно наблюдать сосуществование различных фаз в пределах одного ППО (Жаховский и др., 1997).

Каждое перемещение макрочастица совершает с конечной скоростью, при этом величина проекции скорости для каждой отдельной макрочастицы распределена по нормальному закону (рис. 8).

ид-*, —, —г" т~ ~"г" "Г". , ;— , I--> 1 I ■ I

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

V, (ми^с! ¡-м/с)

Рисунок 8 Гистограмма скоростей ух и уу для одной макрочастицы в структуре АГ+А1203.

°т

0Д-"

о.о 0.2 о'А о.б о.н 1.0 1.2 1.4 1.6

V

Рисунок 9 Гистограммы скоростей V» уу и V для ансамбля макрочастиц структуры Аг+А1203 и для сравнения нормальное распределение с параметрами, вычисленными для приведенных гистограмм.

Статистика набирается в результате длительного наблюдения за перемещением макрочастиц. Гипотеза о нормальности проверяется по критерию х2 и принимается на уровне значимости 0.5%. Следует указать, что с помощью сканирования в непрерывном режиме в работе (Ваулина и др., 2003) и с помощью технологии PIV в работе (Williams и Thomas, 2007) для ансамбля макрочастиц в пылевом облаке было также установлено нормальное распределение по скоростям.

Для стабильных УППС средневзвешенная скорость по ансамблю макрочастиц уменьшается с ростом давления ПГ, при этом параметры зависимости определяются составом УППС (рис. 10). Было установлено, что средневзвешенная скорость макрочастиц в исследуемом диапазоне значений не зависит от разрядного тока (рис. 11).

V,MM/C

0.5 -0.45 -0,4 ■ 0.35 0.3 0.25 0.20,15 0,1

0 12 3

Р, торр

Рисунок 10 Зависимость скорости макрочастиц от давления ПГ для разных сочетаний КДФ-ПГ: о - Ar+Zn (<R>=8 мкм), • - Аг+А]203, ■ -Ne+Al203, ▲ Ar+Zn (<R>=28 мкм)

v,mm/c

0.55 -

V,MM/c

ï

a)

б)

f i

0.80 aas

v,>«/c

В)

Рисунок 11 Зависимость скорости перемещения макрочастиц от разрядного тока для различных сочетаний КДФ-ПГ: а) Аг+А1203, б) Ке+А1203, в) Аг+Хп (<Я>=8 мкм) для р: • 0.9 торр, N 0.6 торр, ▲ 0.3 торр.

Данные экспериментов позволяют установить, что материал исходных компонентов УППС оказывает влияние на характеристики этих структур. На основании этого можно определить свойства плазменно-пылевого вещества в упорядоченном состоянии.

На основании экспериментальных данных (рис. 4 и рис. 10) впервые было обнаружено, что изменение давления плазмообразующего газа приводит к уменьшению величины межчастичного расстояния, в то время как величина квадрата скорости перемещения макрочастиц возрастает (рис. 12).

|«А|Ч-А|208 иМе+А1203]

|ААГ+гп8 • Г* У/ПЯ}]

0,1

0,15

0,2

0,08 0,1

Рисунок 12 Зависимость межчастичного расстояния Л в структуре от квадрата средней скорости макрочастиц: Аг+А1203 О), Ые+АЬОз (■), Аг+2п (<К>=8 мкм) (А), Ат+гп (<К>=28 мкм) (•).

Корреляции между этими величинами удобнее выразить с помощью коэффициента термического расширения а, показывающего относительное изменение межчастичного расстояния при изменении кинетической температуры макрочастиц:

1 ¿А

а =--5

А сИ,

где Тл - кинетическая температура макрочастиц, которая определялась как средняя кинетическая энергия макрочастиц выраженная в единицах температуры. Для каждого вещества был вычислен соответствующий коэффициент термического расширения (табл. 2), который имеет отрицательное значение.

АГ+А1203 -6.2-10"'К"1

1ч[е+А120з -2.7-10"'К'1

Аг+2п(<К>=8 мкм) -2.3-10"'К"1

Аг+7п(<Я>=28 мкм) ■4.8-10"'к:1

Ход зависимости А(Т<)) позволяет судить о силах межчастичного взаимодействия в УППС, а, следовательно, непосредственно вычислять потенциалы взаимодействия.

Основные результаты и выводы

1) Получен комплекс фактических данных о состоянии УППС комплексной плазмы тлеющего разряда в диапазоне действующих условий: j= (19-94 мкА/см2) и рЯтр =(60-600 Па см), - для систем КДФ-ПГ разного состава: А1Ч-А1203 (<К>=23 мкм), Не+А1203 (<Я>=23 мкм), Ат+гп (<11>=8 мкм), АП-гп (<11>=28 мкм):

а) определены положения макрочастиц и средние межчастичные расстояния в УППС: данные показывают, что с ростом давления ПГ среднее межчастичное расстояние возрастает;

б) определены скорости перемещения макрочастиц в УППС в зависимости от действующих условий: средняя скорость макрочастиц уменьшается с ростом давления ПГ и слабо зависит от разрядного тока; проекции скоростей на оси координат каждой макрочастицы имеют нормальное распределение;

в) определены коэффициенты диффузии макрочастиц в УППС в исследуемом диапазоне от разрядных условий: отношение коэффициентов показывает, что состояние структур в этих условиях соответствует пограничной области между жидкостью и кристаллическим состоянием; об отсутствии строгой кристалличности свидетельствует процент коррелирующих макрочастиц меньший 100% для исследуемых систем; время релаксации к упорядоченному состоянию ~ 2 е.;

г) определен коэффициент термического расширения; с ростом давления ПГ среднее межчастичное расстояние увеличивается и вместе с тем уменьшается средняя скорость перемещения макрочастиц в структуре; величина коэффициента линейного термического расширения УППС отрицательна.

2) Обнаружены корреляции между величинами среднего межчастичного расстояния и квадрата средней скорости перемещения макрочастиц в УППС при изменении давления ПГ, значения которых определяются физико-химическими свойствами плазмообразую-щего газа.

3) Наибольший процент макрочастиц УППС, между которыми наблюдаются корреляции перемещений, соответствует малому времени дискретизации и не зависит от условий разряда.

4) Инструментарий исследования состояний УППС был расширен пакетом программ для автоматизированного получения и обработки данных о положениях макрочастиц в последовательные моменты времени, получаемых по серии цифровых изображений.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

[.Пискунов, А. А. Управление свойствами упорядоченных плазменно-пылевых структур / А. А. Пискунов, А. Д. Хахаев // Краткие сообщения ио физике. - 2010. - № 1. - С. 35-38,

2. Пискунов, А. А. Модификация свойств плазменно-пылевых структур и микрочастиц в комплексной плазме / Н. Н. Жариков, А. А. Пискунов, С. Ф. Подрядчиков и др. II Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: естественные и технические науки. - 2010. - № 6 (111). - С. 99-108,

3. Пискунов, А. А. О роли компонентного состава комплексной (пылевой) плазмы в формировании упорядоченных структур макрочастиц / А. А. Пискунов // Физическое образование в вузах. - 2011. - т. 17, № 1. - П7,

4.Piskunov, A. A. Movement of macroparticles in particle structures / A. D. Khakhaev, L. A. Luizova, A. A. Piskunov et al. // GD 2006: Proceedings of the XVI International Conference on Gas Discharges and their Applications. - Xi'an, China, September 11-15, 2006. - vol. 1. - P. 341344,

5. Пискунов, А. А. Исследование структуры плазменно-пылевых образований / А. В. Бульба, JI. А. Луизова, А. А. Пискунов и др. //Физика низкотемпературной плазмы - 2007: материалы Всероссийской (с международным участием) конференции (24-28 июня 2007 г.): в 2 т. / отв. ред. А. Д. Хахаев. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2007. - Т. 2 -С. 214-218,

6. Пискунов, А. А. Исследование кинетики движения макрочастиц в упорядоченных плазменно-пылевых структурах / А. А. Пискунов // Труды Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LABVIEW и технологии National Instruments» ESEA-NI-07 (23 - 24 ноября 2007 г., Москва). М.: Изд-во РУДН, 2007. - секция 3. - С. 28-31,

7. Piskunov, A. A. Correlations of Macroparticle Movements In Dusty Plasma Structure / A. D. Khakhaev, L. A. Luizova, A. A. Piskunov et al. // AIP Conference Proceedings: Multifacets of Dusty Plasmas V International Conference on Physics of Dusty Plasmas (Ponta Delgada, Azores, Portugal 18-23 May 2008) / by ed. J. T. Mendonca, D. P. Resendes, P. K. Shukla. - Melville, New York: AIP, 2008. - vol. 1041. -P. 309-310,

8.Piskunov, A. A. Structural Analysis of Dusty Plasma Formations Based on Spatial Spectra / A. D. Khakhaev, L. A. Luizova, A. A. Piskunov et al. // AIP Conference Proceedings: Multifacets of Dusty Plasmas V

International Conference on Physics of Dusty Plasmas (Ponta Delgada, Azores, Portugal 18-23 May 2008) / by ed. J. T. Mendonca, D. P. Resendes, P. K. Shukla. - Melville, New York: AIP, 2008. - vol. 1041. -P. 307-308,

9. Пискунов, А. А. Исследование структуры ллазменно-пылевых образований с помощью пространственных спектров / JI. А. Луизова, А. А. Пискунов, С. Ф. Подрядчиков и др. // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: естественные и технические науки. - 2008. - № 4 (96). - С. 96-99,

10. Piskunov, A. A. Movement of macroparticles in ordered structures of various composition / A. D. Khakhaev, A. A. Piskunov, S. F. Podryadchikov // Proceedings 3rf international Conference on The Dusty and Burning Plasmas. - Odessa, Ukraine. - 2010. - P. 60-62,

11. Piskunov, A. A. Growth of elongated dusty structures in gas discharge plasma / A. D. Khakhaev, A. A. Piskunov, S. F. Podiyadchikov // Proceedings 3rd International Conference on The Dusty and Burning Plasmas. - Odessa, Ukraine. - 2010. - P. 63-67,

12. Пискунов, А. А. Машинное зрение для диагностики поведения макрочастиц в упорядоченных структурах комплексной плазмы / А. А. Пискунов, С. Ф. Подрядчиков, А. Д. Хахаев // Материалы VII российской конференции «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды». Москва, 30 ноября - 2 декабря 2010 г. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. - С. 83-86,

13. Пискунов, А. А. Кинетика макрочастиц в упорядоченных плаз-менно-пылевых структурах комплексной плазмы тлеющего разряда / JI. А. Луизова, А. А. Пискунов, С. Ф. Подрядчиков и до, // Физика низкотемпературной плазмы - 2011: материалы Всероссийской (с международным участием) конференции (21-27 июня 2011 г.): в 2 т. / отв. ред. А.Д. Хахаев. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2011. - Т. 2 -С. 219-225.

Подписано в печать 25.01.2012. Формат 60x84 Vi6. Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Изд. № 217.

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Отпечатано в Издательстве ПетрГУ 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33

61 12-1/747

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПИСКУНОВ Андрей Анатольевич

Кинетика макрочастиц в упорядоченных структурах комплексной плазмы

тлеющего разряда

Специальность 01.04.04 - физическая электроника

диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук профессор Сысун В. И.

Петрозаводск 2011

Оглавление

Оглавление........................................................................................................................2

Список основных обозначений и сокращений.................................................................3

Введение............................................................................................................................5

ГЛАВА 1 Генерация упорядоченных плазменно-пылевых структур. Исследование условий их существования. Влияние условий на вид ППС..........................................13

1.1 Обзор УППС, формируемых в стратах тлеющего разряда.................................13

1.2 Обзор УППС разного физико-химического состава.............................................26

Заключение...................................................................................................................30

ГЛАВА 2 Лабораторный программно-аппаратный комплекс исследования УППС.....32

2.1 Автоматический вакуумный пост..........................................................................33

2.2 Газоразрядная трубка и инжекция макрочастиц..................................................37

2.3 Программно-аппаратный измерительный комплекс............................................39

2.3.1 Алгоритм получения и обработки изображений............................................42

2.3.2 Структура программы обработки данных......................................................46

Заключение...................................................................................................................51

ГЛАВА 3 Характеристики компонент УППС различных систем КДФ-плазмообразующий газ...................................................................................................52

3.1 Физические свойства порошка макрочастиц........................................................52

3.2 Химический состав макрочастиц...........................................................................56

ГЛАВА 4 Исследование характеристик движения отдельных частиц КДФ в пределах структуры..........................................................................................................................60

4.1 Межчастичные расстояния в УППС......................................................................63

4.2 Корреляции перемещения макрочастиц в структуре..........................................66

4.3 Транспортные характеристики макрочастиц в структуре....................................77

Заключение...................................................................................................................91

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................93

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................................................95

ПРИЛОЖЕНИЕ...............................................................................................................107

Список основных обозначений и сокращений

УППС - упорядоченная плазменно-пылевая структура

ППО - плазменно-пылевое образование

ППС - плазменно-пьшевая структура

ПГ - плазмообразующий газ

КДФ - конденсированная дисперсная фаза

ПК - персональный компьютер

НЖМД - накопитель на жёстких магнитных дисках

PCI - peripheral component interconnect

ПО - программное обеспечение

ОС - операционная система

МАХ - Measurement & Automation eXplorer

JPEG - Joint Photographic Experts Group

HTML - Hypertext Markup Language (гипертекстовый язык разметки) ROI - region of interest

PAL - phase alternate line (построчное изменение фазы) NTSC - National Television Standards Committee ЦАП - цифроаналоговый преобразователь

SDRAM - synchronous dynamic random access memory (синхронная динамическая память с

произвольным доступом)

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

RGB - red, green, blue

HSL - hue, saturation, lightness

ВП (VI) - виртуальный прибор (virtual instrument)

R - радиус макрочастицы

R-i p - радиус разрядной трубки

А - межчастичное расстояние

v - скорость макрочастицы

RMt2 - среднеквадратичное смещение макрочастиц

D - коэффициент диффузии макрочастиц

I - разрядный ток

р - давление плазмообразующего газа

к - постоянная Больцмана

so - диэлектрическая постоянная

- коэффициент трения со - частота электростатических колебаний макрочастиц р - плотность материала макрочастицы Т - температура газа Цс - подвижность электронов п - концентрация макрочастиц П] - концентрация ионов пе - концентрация электронов Ъ - зарядовое число е - заряд электрона та - масса макрочастицы Та - кинетическая температура макрочастиц

Основные результаты получены и оформлены под руководством доктора физико-математических наук профессора Анатолия Диамидовича Хахаева.

Введение

Объектом исследования данной работы является плазма тлеющего разряда, содержащая частицы конденсированной дисперсной фазы (КДФ или макрочастицы). В такой многочастичной системе возникает специфическое коллективное взаимодействие между разными сортами частиц, которое приводит к образованию разнообразных структур [1]. При некоторых условиях в разрядной плазме с КДФ самопроизвольно могут возникать более или менее упорядоченные структуры из макрочастиц [2-3]. Такую форму организации вещества в литературе принято называть комплексной (пылевой) плазмой [4-7]. В новом контексте возникает проблема многих тел, в связи с чем требуется исследовать кинетику частиц, которая отражает внутренние процессы коллективного взаимодействия между частицами, приводящие к образованию комплексной плазмы как особой формы организации вещества, отличной как от классического дисперсного состояния, так и от классической плазмы, и других форм и состояний (кварк-глюонная плазма, ядерное вещество, атомарное и молекулярное вещество, органическое вещество, живая материя).

Возможность формирования упорядоченных структур макрочастиц в плазме была предсказана 1кег1 (1986) [8], а впервые в лабораторных условиях УППС были получены в плазме ВЧ-разряда низкого давления при комнатной температуре [9-12] в 1994 г.. С этого времени началось интенсивное изучение упорядоченных плазменно-пылевых структур. Получить подобные структуры в плазме тлеющего разряда постоянного тока успешно удалось группе А.П. Нефедова (1996) [13] в стратах тлеющего разряда, и вскоре после этого группе японских ученых - Б. Ыипотига, N. 01то и Б. Такатига (1997) [14] - в слое анодного свечения. УППС были экспериментально получены в термической плазме атмосферного давления [15], в ядерно-возбуждаемой плазме [16], в несамостоятельном разряде, контролируемым пучком быстрых электронов [17-18], при криогенных температурах [19], плазме сгорания твердых топлив [20], плазме безэлектродного индукционного разряда [21], плазме протонного пучка [22-23]. Формирование упорядоченных структур заряженных макрочастиц имеет место в электростатических вакуумных ловушках [24-25], но в этом случае условия создаются специально (ловушка Пеннинга), таким образом, чтобы получить необходимое распределение электрического поля. Для комплексной плазмы характерно то, что природа взаимодействия её компонент позволяет формировать структуру без специальных внешних условий.

Комплексная плазма широко распространена в природе и может являться неотъемлемой частью технологического процесса. Появление макрочастиц в плазме приводит к формированию разнообразных процессов: взаимодействие макрочастицы с ионами и электронами приводит к тому, что макрочастица приобретает электрический заряд, передача энергии от плазмы к макрочастице осуществляется через колебания плазмы, макрочастица теряет энергию при столкновениях с нейтралами газа, отрицательный заряд на поверхности макрочастицы приводит к формированию потоков массивных положительных ионов, направленных к макрочастице, и др. Исследование этих и других процессов имеет большое значение в контексте таких критических направлений физики как генерация энергии (токамаки [26-28], МГД-генераторы, фотовольтаические источники [29], лазеры [30] и др.), получение новых материалов (в т.ч. тонких плёнок) и нанотехнологии [31-34], эволюция космических объектов (галактики, газопылевые облака, звёзды, планетные системы и др. [3544], плазменная обработка (в т.ч. плазменное травление микросхем), экология и исследования атмосфер планет [45] и ближнего космоса [46]. Лабораторная комплексная плазма может быть использована как физическая модель [4, 47-49] процессов и явлений недоступных для экспериментального исследования (явления космического масштаба [50]), либо объектов микро- и наномира (сложные органические соединения типа спиралевидной молекулы ДНК [51]). Появление комплексной плазмы как объекта для научного исследования стимулирует изучение процессов взаимодействия плазмы с веществом и плазмохимии, а также разработку новых инструментов диагностики комплексной плазмы.

Несмотря на широкую распространенность и полезность данного явления, несмотря на обилие публикаций по этому поводу, структура комплексной плазмы и причины, приводящие к формированию упорядоченных плазменно-пылевых образований, остаются далеко не ясными. На сегодня не существует методов достоверного установления распределения потенциала и заряда, потоков частиц, вызванных неоднородностью параметров в комплексной плазме, поэтому предлагаются всё новые модели, при этом развитие эксперимента сильно отстаёт от теоретических построений. Несмотря на многочисленные публикации [12, 52-56 и мн. др.] посвященные исследованию такого важного процесса как зарядка макрочастиц, до сих пор существует проблема экспериментального определения заряда макрочастиц in situ, в связи с чем проблема применимости той или иной модели зарядки остается актуальной [5]. А ведь именно большое значение величины заряда макрочастиц и его непостоянство как во времени так и в пространстве определяет появление новых свойств плазмы, позволяющих формировать упорядоченные структуры в пылевой плазме. Неопределенность с механизмом зарядки и в величине заряда макрочастицы

приводит к неопределенности структуры электрического поля в комплексной плазме. Ничтожно мало экспериментальных работ [57-60], в которых уделяется внимание исследованиям роли компонентного состава комплексной плазмы на свойства УППС, с чем, в частности, связана проблема создания и контроля вакуумных условий, которые также остаются без должного внимания. Экспериментальных исследований посвященных кинетике макрочастиц в комплексной плазме тлеющего разряда тоже крайне мало [61-63]. Так, в частности, не было проведено никаких экспериментальных исследований корреляции перемещения макрочастиц в структуре. Недостаточно данных о межчастичных расстояниях в УППС [153,154].

Совокупное и взаимосвязанное протекание многочисленных процессов, распределение полей и зарядов проявляется в движении макрочастиц, структуре и излучении комплексной плазмы, данные о которых могут сравнительно легко быть получены из эксперимента. Благодаря относительно большим размерам макрочастиц и большому межчастичному расстоянию наблюдение за движением макрочастиц можно проводить в рассеянном на частицах излучении в оптическом диапазоне длин волн. При этом можно наблюдать всю структуру целиком, сечение структуры, либо движение отдельных макрочастиц.

Кинетика макрочастиц в УППС тлеющего разряда экспериментально исследовалась сравнительно мало, в отличие от комплексной плазмы ВЧ-разряда, что отражает весьма малое число публикаций по этой проблеме (работы [64-73, 7, 62] и некоторые другие). Тлеющий разряд традиционно используется для исследования процессов протекающих в плазме. В связи с возможными применениями представляет большой интерес построение модели изучаемой плазмы, по этому поводу можно указать работы, освещающие отдельные стороны этого вопроса [74-76]. Возможность получать протяженные трехмерные структуры [77] и структуры со свободной границей [19, 78] в тлеющем разряде даже в условиях земной гравитации также имеет прикладной и фундаментальный интерес, в связи с чем проявилась проблема техники распознавания объектов и слежение за ними в течение длительного времени в трехмерных структурах однородных объектов, требующего разработки более совершенных средств исследования.

Цель диссертационной работы. Исследование закономерностей структурообразования и поведения макрочастиц в УППС разного состава «материал конденсированной дисперсной фазы - плазмообразующий газ» (КДФ-ПГ) в широком диапазоне плазменных условий в тлеющем разряде постоянного тока.

Научная новизна работы заключается в том, что получены новые экспериментальные данные о характере движения и пространственном расположении макрочастиц в УППС в

комплексной плазме тлеющего разряда при малых плотностях постоянного тока (19-94 мкА/см2) и низких давлениях газа (60-600 Па-см) в зависимости от параметров разряда для различных систем КДФ-ПГ: Аг+АЬОз, Ые+А^Оз, Аг+2п, - позволяющих судить о силах межчастичного взаимодействия, которые удерживают УППС от распада и определяют их свойства. На основе полученных данных был проведен комплексный анализ влияния плазменных условий и состава комплексной плазмы на параметры УППС. Разработан пакет оригинальных компьютерных программ, позволяющий организовать сбор и обработку экспериментальных данных с помощью оборудования захвата видеоданных.

Научная и практическая ценность заключается в том, что результаты исследований могут служить экспериментальной базой для проверки достоверности математических гипотез в рамках развития теории плазменно-пылевых структур. Результаты анализа полученных данных дают информацию об эволюции структур макрочастиц с изменением действующих условий, а также дают возможность связать характеристики индивидуальных веществ с параметрами УППС.

Положения, выносимые на защиту.

1) Комплекс фактических данных о состоянии УППС комплексной плазмы тлеющего разряда в диапазоне действующих условий: )= (19-94 мкА/см2) и рЯтр =(60-600 Па-см), -для систем КДФ-ПГ разного состава: Аг+АЬОз (<Я>=23 мкм), Ые+АЬОз (<К>=23 мкм), Аг+гп (<Я>=8 мкм), Аг+7л1 (<Я>=28 мкм):

) определены положения макрочастиц и средние межчастичные расстояния в УППС в

зависимости от действующих условий: давление ПГ, разрядный ток; ) определены скорости перемещения макрочастиц в УППС в зависимости от

действующих условий: давление ПГ, разрядный ток; ) определены коэффициенты диффузии макрочастиц в УППС для различных разрядных

условий: давления ПГ и плотности разрядного тока; ) определен коэффициент термического расширения; величина коэффициента линейного термического расширения УППС отрицательна.

2) Корреляции перемещений макрочастиц в УППС, нормальное распределение макрочастиц по скоростям.

3) Пакет алгоритмов и программ, используемый в системе компьютерного зрения, для автоматизированного получения и обработки данных о положениях макрочастиц в последовательные моменты времени.

Апробация работы. Содержание работы было представлено в виде устных и стендовых докладов на Всероссийском симпозиуме молодых ученых, студентов и аспирантов

«Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 2005), XVI Международной конференции по газовым разрядам и их приложениям (Xi'an, Китай, 2006), 3й Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2007), Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 2007), Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LABVIEW и технологии National Instruments» ESEA-NI-07, (Москва, 2007), V Международной конференции по физике пылевой плазмы (Понта Дельгада, Азоры, Португалия, 2008), V Всероссийской конференции «Физическая электроника» (Махачкала, 2008), XII Школе молодых ученых «Актуальные проблемы физики» и II Школе-семинаре «Инновационные аспекты фундаментальных исследований» (Москва, ФИАН, 2008), III Всероссийской молодёжной школе-семинаре с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (Москва, 2009), XIII Международной конференции по физике неидеальной плазмы (Черноголовка, Москва, 2009), 3 й Международной конференции «Пылевая плазма и её приложения» (Одесса, Украина, 2010), VII Российской конференции «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды» (Москва, НИЯУ МИФИ, 2010), Всероссийской (с международным участием) конференции «Физика низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 2011), VI Международной конференции по физике пылевой плазмы (Гармиш-Партенкирхен, Германия, 2011). Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1 .Piskunov, A. A. Control of properties of ordered plasma-dust structures/ A. A. Piskunov, A. D. Khakhaev // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. - 2010. - vol. 37, № 1. - P. 20-22,

2.Пискунов, А. А. Модификация свойств плазменно-пылевых структур и микрочастиц в комплексной плазме/ Н. Н. Жариков, А. А. Пискунов, С. Ф.Подрядчиков и др.//Ученые записки ПетрГУ. Серия: естественные и технические науки. - 2010. - № 6 (111). - С. 99-108,

3.Пискунов, А. А. О роли компонентного состава комплексной (пылевой) плазмы в формировании упорядоченных структур макрочастиц / А. А. Пискунов