Методы получения и свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме

Рыков, Кирилл Владимирович

Методы получения и свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Рыков, Кирилл Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Обнинск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Методы получения и свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме»

Автореферат диссертации на тему "Методы получения и свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме"

На правах рукописи УДК 533.9; 539.173

РЫКОВ КИРИЛЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВА ПЫЛЕВЫХ СТРУКТУР В ЯДЕРНО-ВОЗБУЖДАЕМОЙ ПЛАЗМЕ

Специальность: 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной

физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ОБНИНСК-2006

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Физико-энергетическом институте имени А.И. Лейпунского.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Дьяченко Петр Петрович

Официальные оппоненты:

• доктор технических наук Ярыгин Валерий Иванович

• доктор физико-математических наук Василии Леонид Михайлович

Ведущая организация - Московский инженерно-физический институт (технический университет)

Защита состоится " "..............2006 г. в час. мин.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ ФЭИ. Автореферат разослан " "..............2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Ю.А. Прохоров

/ @^^^ Введение

Актуальность работы

Пылевые частицы с характерными размерами от сотых долей микрона до десятков микрон широко распространены в природе. Они в значительных количествах присутствуют в земной атмосфере, в ближнем и дальнем космосе, участвуют в образовании газопылевых облаков, входящих в состав звездных систем, туманностей и галактик.

В растущем потоке работ по физике пылевой плазмы лишь весьма ограниченное число посвящено процессам, происходящим в создаваемой внешним ионизатором плазме при внедрении в нее четвертой компоненты - пылевых частиц. Особый научный и практический интерес вызывают явления, происходящие в ядерно-возбуждаемой пылевой плазме, т.е. плазме, образованной ядерными частицами (бета- и альфа-частицами, у-квантами, протонами, дейтронами, тритонами, осколками деления ядер и др.), возникающими в результате спонтанного распада радиоактивных нуклидов или ядерных реакций.

Цель работы заключается в разработке экспериментальных методов получения плотных упорядоченных пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме и изучении их основных физических свойств (скорость движения пылевых частиц, их концентрация, геометрические размеры структур, их фрагментация, изменение поведения структур во времени при неизменных внешних параметрах и отклик структур на их изменение).

Научная новизна.

Большинство результатов, представленных в диссертационной работе, получены впервые.

Были разработаны и изготовлены узлы экспериментальных установок, изучены условия создания плотных пылевых структур и разработаны методы их получения в двух случаях. В одном из них для создания ионизованной среды использован источник ОХ, испускающий осколки деления и альфа-частицы. В другом случае эксперименты проводились на протонном ускорителе. Протоны, создавая в газе область с высокой степенью ионизации, экспериментально моделируют условия, при которых треки осколков деления перекрываются.

рос.нлик '

ОЭ ¡доЗ^тЧ?»»

впервые наблюдалось коллективное движение полшшсперсных пылевых частиц диоксида церия в плазме, образующейся при торможении пучка протонов, полученного на ускорителе. Наблюдались компактные вихревые структуры, вращающиеся вокруг своей оси, с большим количеством пылевых частиц. Обнаружены также эволюционирующие во времени плотные пылевые облака с резкими границами, и, наоборот, области пространства с концентрацией пылевой компоненты, малой по сравнению с соседними участками.

Впервые обнаружено наличие ближнего порядка в ансамбле монодисперсных макрочастиц и впервые получены устойчивые пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме инертных газов.

Впервые в мире в плазме, создаваемой пучком протонов, получен пылевой кристалл в ядерно-возбуждаемой плазме..

Научное н практическое значение.

Преобразование ядерной энергии в энергию когерентного оптического излучения является одним из перспективных способов ее использования [3]. Ядерно-возбуждаемая плазма инертных газов служит рабочей средой для лазеров с ядерной накачкой. В настоящее время представляется целесообразным проведение исследований, в которых делящееся вещество в лазерно-активных элементах (ЛАЭЛ) могло бы быть распределено в пылевых структурах, образованных в ядерно-возбуждаемой плазме.

Развитие ядерных и термоядерных технологий требует также изучения поведения пылевых частиц в ядерно-возбуждаемой плазме. Сюда можно отнести разработку нового типа мишеней в экспериментах по ядерной физике или проблему повышения концентрации паров металлов в лазерно-активных смесях. Возникновение пылевых частиц возможно также вблизи стенок термоядерного реактора. Здесь очень важно научиться управлять пылевыми облаками с целью их удаления. А если в будущем удастся создать протяженные пылевые структуры с высокой степенью упорядоченности, то это позволит создать фотовольтаические источники питания [4]. В ЛАЭЛах нового поколения предлагается использовать распределенное по их объему делящееся вещество, содержащееся внутри пылевых частиц с характерным размером в микронной области, В этом случае коэффициент преобразования энергии возрастает почти в 10 раз по сравнению с ЛАЭЛ, в которых делящееся вещество сосредоточенно в пристеночных слоях. В фотовольтаическом источнике питания также предлагается распределить радиоактивную пылевую компоненту по всему объему источника питания таким образом, чтобы газопылевая среда была оптически прозрачна для прохождения излучения до фотовольтаического элемента, который эффективно преобразует энергию излучения в электроэнергию.

Изучение процессов, происходящих в ядерно-возбуждаемой плазме при наличии пылевой компоненты, имеет важное научное значение. Оно необходимо для проверки теоретических моделей такой плазмы и их развития. Кроме того, проведение исследований поведения пылевых частиц в плазме, создаваемой продуктами ядерных реакций, дает новые сведения о способности пылевой компоненты к самоорганизации.

Положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Методы получения заряженных пылевых частиц нагреванием, облучением электронами, воздействием плазменных частиц в ядерно-возбуждаемой плазме.

2. Методы получения плотных пылевых облаков, пылевых вихрей и пустот (воидов) в ядерно-возбуждаемой плазме.

3. Методы получения плотных пылевых облаков, пылевых вихрей и волн в пылевых структурах, а также быстропротекающих процессов в плазме пучка протонов.

4. Методы получения пылевого кристалла в плазме пучка протонов.

5. Основные физические характеристики полученных структур (скорость движения пылевых частиц, их концентрация, геометрические размеры структур, их фрагментация, изменение поведения структур во времени при неизменных внешних параметрах и отклик структур на их изменение)

6. Результаты расчета парной корреляционной функции для пылевых частиц.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

• использованием современных средств наблюдения и методов обработки результатов;

• соответствием расчетных значений физических величин получаемым экспериментальным результатам;

• воспроизводимостью наблюдаемых структур при повторении условий эксперимента;

Апробация работы.

Полученные результаты и основные положения диссертационной работы докладывались:

• на международной конференции «Физика экстремального состояния вещества» (Эльбрус 2002);

• на международной конференции «Физика плазмы и плазменные технологии» (Минск 2003);

• на международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Эльбрус 2003);

• на IV Российском семинаре «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды» (МИФИ, Москва 2003);

• на всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004. Петрозаводск 2004;

• на международной конференции по физике пылевой плазмы (Одесса 2004);

• на международной конференции «Физика экстремального состояния вещества» (Эльбрус 2005);

• на научных семинарах по физике неидеальной плазмы в Российской Академии Наук, ГНЦ РФ-ФЭИ, ГНЦ РФ-ТРИНИТИ, ИТЭС РАН, МИФИ, Институте астрономии РАН (ИНАСАН), ИАТЭ, Институте проблем механики РАН, Институте математического моделирования РАН, Радиоастрономической обсерватории РАН (Пущино), ОЦНТ (г.Обнинск).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемых источников. Содержание работы изложено на 105 страницах, включая 82 рисунка и 2 таблицы. Список используемых источников состоит из 96 наименований.

Краткое содержание диссертации

В главе 1 дается обзор экспериментальных работ по пылевой плазме газового разряда и ядерно-возбуждаемой плазме.

В главе 2 описываются методы получения положительных и отрицательных зарядов на пылевых частицах.

Моделируется процесс зарядки пылевых частиц с помощью ПЭВМ, используя эффект термоэмиссии. Для этого рассматривается движение электронов в поле заряженной пылевой частицы, заряд которой меняется во времени вследствие электронной эмиссии. Результат моделирования (рис.1) показывает, что по мере накопления заряда пылевой частицей ее электрическое поле становится настолько

сильным, что начинает возвращать испущенные ранее электроны. В результате вокруг пылевой частицы образуется отрицательный пространственный заряд. При малых временах, малых скоростях электронов и достаточно высокой интенсивности электронной эмиссии система пылевая частица - окружающие электроны нейтральна. При увеличении скорости электронов и учета электрон-электронного взаимодействия нейтральность системы нарушается.

120 110 100 90 80 70

о 60

z. so

N" 40 30 20 10 о -10

о.о 1,0х10л 2,0x10''

Время, с

Рис. 1. Зависимость заряда пылевой частицы и числа электронов в электронном облаке от времени. Радиус пылинки 0,5 мкм. Начальная скорость электронов постоянна и равна: 1 -

v= МО5 м/с, 2 - v= 5-104 м/с.

При постоянной скорости вылетающих частиц устанавливается динамическое равновесие между электронами, покидающими пылинку, и возвращающимися на нее. Заряд достигает насыщения. Учет максвелловскго распределения электронов по скоростям в моделировании процесса зарядки пылевых частиц приводит к плавному росту заряда пылевой частицы.

В эксперименте, для получения положительно заряженных пылевых частиц под колпаком высоковакуумной установки была собрана система, изображенная на рис.2. Пылинки из диоксида церия со средним диаметром около 1 мкм помещались на танталовый электрод, нагревались в высоком вакууме до температуры = 1500 К и

подбрасывались вверх с помощью специального встряхивающего устройства.

QTF*

Рис.2. Схема экспериментального устройства: 1 - телекамера, 2 - высоковольтный отрицательный электрод, 3 - стеклянный колпак, 4 - лазер с цилиндрической линзой, 5 -нагреваемый танталовый электрод, б - фланец, 7 - встряхивающее устройство

■ Zd ■ иряд гылаоон частицы * Ne • число апектроиоо, мааодящиии о пространств ooipyr пылевой частицы

N ■ , Z 2е. in*/^

АМ N

Пылинки попадали в область сильного электрического поля, создаваемого источником напряжения. Электрическое поле притягивает положительно заряженные пылинки к верхнему отрицательному электроду. По параболическим трекам (рис.3), оставленными пылевыми частицами можно получить величину электрического заряда. Полученные в результате цифровой обработки кадров значения зарядов лежали в интервале от 30 до 80 единиц заряда электрона, что качественно согласуется с результатом моделирования.

Рис.3. Параболические траектории заряженных частиц

Для получения отрицательно заряженных пылевых частиц под колпаком высоковакуумной установки собиралась электронная пушка (рис.4). Пылевые частицы, высыпаясь из сетчатого контейнера, попадают в область потока электронов, приобретая при этом отрицательный электрический заряд.

Ускоряющее электроды

-220В

Регулируемый М трансформатор^^—

/ /

Дополнительный электрод ^

Выпрямитель ~ ~у Танталовый электрод

1131

\\ Область зарядки \ частиц

НН1-

Рис.4.Схема экспериментальной установки

Измерение зарядов частиц производилось используя эффект отклонения заряженной частицы от первоначального движения к противоположено заряженной пластине в электрическом поле.

Проведенные эксперименты показывают возможность получения заряженных пылевых частиц посредством эффекта термоэмиссии. Результаты исследований могут

служить базой для экспериментального и расчетного моделирования процессов, происходящих в пылевой плазме. Однако плотные пылевые облака такими методами получены не были. Главные причины - малая концентрация пылевых частиц и малая скорость диссипации их кинетической энергии.

В главе 3 исследуются пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме, образованной прохождением осколков деления и альфа-частиц источника 252СГ через инертный газ.

В работах [см. например б) исследовалось поведение пылевых частиц в ядерно-возбуждаемой плазме при давлениях буферного газа, ниже атмосферного. В работах, описываемых в этой главе, продолжены экспериментальные исследования пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме при давлениях буферного газа выше атмосферного. Для этого установка (рис.5) была усовершенствована, что позволило работать с газопылевыми смесями при давлениях до 1200 Topp.

После инжекции газопылевой смеси и подачи напряжения на катод в объеме экспериментальной ячейки формируется пылевая структура. Структура подсвечивается лазерным ножом. Рассеянный пылинками свет регистрируется на видеокамеру и записывается с помощью видеомагнитофона. Полученные видеокадры впоследствии оцифровывались и обрабатывались с помощью ЭВМ.

2 5 3 6

Рис.5. Схема экспериментальной установки: 1 - цилиндрическая вакуумная камера, 2 -форвакуумный насос, 3 - лазер , 4 - система газонаполнения, 5 - вакуумметр с датчиками давления остаточного газа, 6 - манометр, 7 - радиоактивный источник 2S2Cf, 8 - электрод, 9 - TV камера, 10 - источник постоянного тока, 11 - видеомагнитофон, 12 - телевизор, 13 - '

вольтметр,14-пылевая структура, 15, 16, 17,18 - вентили, 19 - контейнер с пылыо.

Эксперименты проводились с неоном в интервале давлений от 700 Topp до 1200 Topp. В них изучалось влияние разности потенциалов между электродами на поведение <

пылевых структур. Полученные пылевые структуры имели шарообразную форму. При фиксированном значении давления пылевые структуры существуют в ограниченном интервале напряжений (рис.б). Из зависимости видно, что при значении напряженности электрического поля Е=50-55В/см, пылевая структура существует дольше всего.

10 mm

—• — время жизни пьшевои структуры — ■ — интервал времени меэаду инжекцией частиц и исчезновением пылевого облака

; •палевая . ?{

структура-

40 45 SO 55 60 65 70

напряженность (В/см)

Рис б. Пылевая структура а). Частицы - Се02 средним диаметром 1 мкм. 1200Торр, газ -Ne межэлектродное расстояние - 5см, напряжение - 240В. Зависимости времени жизни пылевой структуры и интервала между инжекцией частиц и исчезновением пылевого облака от напряженности электрического поля б). Давление - 1200 Topp, расстояние между электродами -5 см.

Для определения скорости ценообразования в газе, заполняющем объем экспериментальной ячейки, требуется определить пространственное распределение энерговклада в газовую среду от осколков деления и альфа частиц. Для этого была сконструирована установка (рис.7).

•V

Г S

\ /

-®-i-®—с

Рис.7. Схема экспериментальной установки. 1 - Цилиндрическая вакуумная камера, 2 -

турбомолекулярный насос ТМН1500,3 - форвакуумный насос I-IBP16Д, 4 - система газонаполнения, 5 - вакуумметр ВИТ-3 с датчиками давления остаточного газа ПМТ-2 и ПМИ-2, б - манометр, 7 - радиоактивный источник 252Cf, 8 - полупроводниковый детектор осколков деления, 9 - источник постоянного тока для создания напряжения

смещения на детекторе осколков деления, 10 - блок предусиления, усиления и формирования сигнала с детектора осколков, 11- многоканальный анализатор Nokia

LP4900.

В качестве газовой среды используются инертные газы Хе и Кг. Осколки деления и альфа частицы образуются за счет спонтанного деления капифорния-252 источника диаметром 7мм. Ядра 252СГ испытывают спонтанный распад с общим периодом полураспада около 2.13 лет. При этом распад идет по нескольким конкурирующим

каналам. Во-первых, это деление ядра, при котором выделяется около 200 МэВ в основном в виде кинетической энергии двух осколков деления. При этом энергии и массы осколков имеют широкие распределения, характеризующиеся наличием отделенных друг от друга пиков тяжелых и легких осколков. Во-вторых - это альфа распад ядра, которому соответствуют несколько монолиний с энергиями, лежащими в районе бМэВ. Из-за того, что на одно деление приходится примерно 30 альфа распадов энерговыделение в конкурирующих каналах примерно одинаково. На расстоянии 40мм от радиоактивного источника располагается диэлектрический контейнер, в котором размещается детектор осколков деления.

Так как слой калифорнневон мишени из-за посторонних примесей имеет конечную толщину, то осколкн деления и альфа частицы будут терять часть своей первоначальной энергии в слое и попадать в газовую среду с искаженным спектром. При наборе спектров производилась дискриминация альфа-частиц и вычитался фон. Оба спектра соответствуют одинаковому числу событий деления. Интенсивность источника составила 7.210" делений/с. Для описания торможения многозарядных ионов в веществе используются сплайны по теориям Г. Бете и Линдхарда.

Используемый в экспериментах слой 252СГ, как уже отмечалось, не является спектрометрически тонким, и при моделировании энерговклада необходимо знать толщину слоя мишени. Кроме того, источник покрыт защитной алюминиевой пленкой, которая также искажает спектр Задача состоит в оптимальном описании аппаратурного спектра осколков модельным. Свободными параметрами являются толщины слоев мишени и защитного покрытия. Критерием оптимизации является наилучшее совпадение экспериментального и модельного спектров. Моделирование проводилось методом Монте-Карло. В результате моделирования выявлено, что толщина мишени равна 4.4мг/см2 и толщина алюминиевого покрытия равна 1,1мг/см2.

Зная характеристики источника можно рассчитать пространственное распределение плотности энерговклада в единицу времени в газовую среду, заполняющую объем измерительной камеры (рис8). Видно, что большая часть энергии выделяется вблизи источника. Расчет пространственного распределения плотности энерговклада в единицу времени от альфа-частиц в газовую среду проводился, аналогично случаю с

Расстояние от оси Z,cm

Рис.8. Осевое сечение пространственного распределения плотности энерговклада в единицу времени осколков деления 252Cf в единицах Вт/смЗ в а) ксеноне при давлении 770 Topp с центром в точке с координатами {0,0}.

Одним из критериев, позволяющим заключить, находится ли система в кристаллическом или жидком состоянии является парная корреляционная функция g(R) [2]. При кристаллизации отношение минимального и максимального значений этой

функции равно — 0.2. Цифровая обработка видеокадров, полученных в результате экспериментов, позволяет получить парную корреляционную функцию. Эта функция представлена на рис.9. Отношение первого минимального к первому максимальному значению этой функции равно — 0,6. Кроме того, функция имеет ярко выраженный максимум - все эти особенности характерны для жидкостных структур [2].

1.4

1.2

1.0

_ 0.8 ее

о! 0.6 0.4 0,2 0.0

Рис.9. Парная корреляционная функция д(11) для пылевого облака

Рекомбинация ионов и электронов на пылевых частицах отражается на зависимости от времени электрического тока между электродами (рис.10). В первые моменты времени после инжекции газопылевой смеси плотность пылевых частиц велика, и ток мал. В процессе формирования пылевого шарообразного облака и его эволюции во времени объем, занятый пылинками, уменьшается. Электрический ток при этом возрастает и достигает насыщения после падения пылевой структуры на нижний электрод. 8 7 б

-г :

3 2 1 0

0 50 100 150 200 250 300

ЬС

Рис.10. Зависимость тока между электродами от времени (для наглядности приведены результаты измерения тока в трех различных опытах с одинаковыми условиями эксперимента)

Пылевые частицы в экспериментальной ячейке при наличии внешнего электрического поля находятся в поле дрейфующих потоков ионов и электронов. Помимо эффективной перезарядки пылевой частицы, дрейфующие ионы передают импульс нейтральным компонентам среды, что и приводит к образованию вихревого движения пылевых частиц.

Таким образом, разброс размеров пылевых частиц, флуктуации их зарядов и движение газовой среды служат серьезным препятствием для образования кристаллических пылевых структур. Для исключения флуктуации заряда пылевой частицы нужно уменьшить расходимость потоков ионизирующих частиц и добиться

условий, при которых треки ионизирующих частиц перекрываются. Такие условия можно достичь, используя поток протонов, сформированный ускорителем.

В главе 4 описываются экспериментальные исследования поведения пылевых структур полидисперсных и монодисперсных пылевых частиц в ядерно-возбуждаемой плазме, образованной при торможении протонов ускорителя ЭГ-2,5 в буферном газе.

Для исследования поведения пылевых структур в пучке протонов ускорителя ЭГ-2,5 использовались два типа экспериментальных ячеек. Первая из них, цилиндрической формы радиусом 4 см и длиной 15 см была изготовлена из плексигласа. Другая экспериментальная ячейка имела форму прямоугольного параллелепипеда с основанием 16x16 см2 и высотой 12 см. Боковые грани ячеек являлись стеклянными окнами, через которые осуществлялась подсветка исследуемого объема лазерным лучом и велось наблюдение за поведением пылевых структур. Рассеянный частицами лазерный свет с помощью ПЗС-тслекамеры переводился в видеоизображение. Перемещая лазер и телекамеру, можно было наблюдать различные участки пространства внутри ячеек. Схема эксперимента представлена на рис.11.

Серводвигатель Контейнере

пылеоыми частицами

гО] _

Вакуумирование и газонаполнекие

Видеомагнитофон

Рис.11. Схема экспериментальной ячейки

Пучок протонов вводился внутрь ячейки через титановую фольгу и диафрагму диаметром 8 мм. При прохождении через фольгу протоны теряли часть своей энергии (0,5 МэВ) и разогревали ее до 150 °С. Внутри экспериментальной ячейки на расстоянии 7 см от него располагался высоковольтный электрод. В эксперименте использовались калиброванные частицы из меламинформальдегида диаметрами d =1,01, 1,75, 3, 4,82 и 5,5 мкм и полидисперсные частицы диоксида церия.

Все наблюдаемые пылевые структуры в цилиндрической экспсримнтельной ячейке имеют вихревое движение, при наличии на высоковольтном электроде напряжения, и образуют страты и воиды (пустоты), если напряжения нет. Вихревое движение связано, по-видимому, с неоднородностью электрического поля в ячейке, возникающей из-за малости ее размера. Для исключения этого эффекта была создана большая кубическая экспериментальная камера.

При концентрации пылевой компоненты ~104 см"3 и давлении газа в диапазоне от десятков до сотен Topp в кубической экспериментальной ячейке под действием пучка протонов и наличии внешнего электрического поля образовывались спиральные пылевые вихри (рис.12), вращающиеся по часовой стрелке. Уменьшение напряжения, подаваемого на высоковольтный электрод, приводит к уменьшению, как самого вихря, так и количества витков в нем. Увеличение напряжения приводит к увеличению вихря. В плоскости электрода пылевая структура имеет форму дуги, что показывает результат сканирования.

б) пылевой вихрь f'■

след.оставленный пылевым вихрем в результате сканирования

Рис.12. Пылевой вихрь, а) Газ-Ne, напряжение 125 В, давление - 575 Topp, изображение вихря получено в 5 мм от центра электрода, б) изображение вихря получено в 10 мм от

центра электрода

При снижении давления буферного газа до давления порядка 70-20 Topp дуга замыкается, и вихревая пылевая структура превращается в пылевой тор (рис. 13). Следует отметить, что характер движения пылинок в вихревых структурах на малых расстояниях

от центра структуры ведет себя как ® = > гДе r ~ расстояние от пылинки до центра

вихря, v и со - соответствующие ей линейная и угловая скорости. Как видно из зависимости, приведенной на рис.14 начиная с некоторого расстояния до центра спирали (0.15 - 0.3см) линейная скорость пылевой частицы становится постоянной.

диафрагма

г пылевой тор

Рис.13. Пылевой тор. Газ-Не, ток пучка - 1 МкА, давление-60 Topp, напряжение - 200В

R, см

Рис.14. Зависимость скорости движения пылинок от расстояния до центра пылевого вихря

Дальнейшее снижение давления газа до значений порядка десятков Topp приводит к образованию плотной структуры под пучком протонов (рис.15). Эта структура содержит в сечении лазерного ножа небольшое число частиц, совершающих циклическое движение. С течением времени структура вырождается в пылевое кольцо, теряет частицы и исчезает. Время жизни структур измеряется минутами. Оценка концентрации пылевых частиц по среднему расстоянию между частицами дает значение 2-^5-104 см"3.

а) диафрагма электрод

пылевое облако^

6) диафрапша

электрод •

пылевое кольцо

в) диафрагма Л электрод--*-'

-О 1

пылевое кольцо4

Рис. 15. Образование кольца из пылевого облака. Газ - Не, ток пучка - 1 МкА, давление -12 Topp, напряжение - 200В. а) начальный момент времени - 0 е., б) спустя 12 е., в)

спустя 24с.

При инжекции в экспериментальную ячейку газопылевой смеси с большим содержанием пыли (~ 1г и более, средняя по объему ячейки концентрации пыли ~ 3-108 см'3), фиксированном давлении буферного газа и постоянном значении потенциала, подаваемого на "высоковольтный электрод, удалось получить эволюционирующую во времени пылевую структуру. Сначала образовывается плотный спиральный вихрь. При этом удается различить 8 витков такой спирали (рис. 16).

Рис. 1 б. Вихрь. Газ - Не, давление - 41 б Topp, напряжение на электроде - 200 В, 38сек. после инжекции газопылевой смеси в экспериментальную

ячейку.

С течением времени концентрация пыли в вихре увеличивалась и вихрь вырождался во вращающееся плотное пылевое облако. Пылевое облако извергает из себя излишки пыли, которые в свою очередь опять возвращаются в него. Как видно из зависимости (рис 17), время менаду выбросами увеличивается, и количество выбросов из пылевого облака уменьшается с течением времени. Разрывы в периодичности выбросов соответствуют эволюционированию пылевого облака, т.е. в эти моменты кардинально меняется поведение пылевой структуры. На заключительной стадии существования структуры внутри нее образовывается еще более плотное ядро с кольцом на периферии структуры, затем вся структура уходит вверх со скоростью 0,5 см/с и остается только пылевой вихрь. Полное время эволюции структуры - 7 минут при давлении буферного газа около 400 Topp и напряжения на высоковольтном электроде 200В.

10 20 30 40 50

Номер выброса части облака

Рис. 17. Зависимость событий выбросов пылевых сгустков от времени

Увеличение или уменьшение значений давления буферного газа, как и напряжения на электроде приводили к уменьшению времени существования структуры. Плотное облако быстро разрушается, однако иногда наблюдалось периодическое образование плотной пылевой спирали (рис 18).

Рис.18. Плотная пылевая спираль. Газ - Не, давление - 183 Topp, напряжение на

электроде - 200 В.

При давлениях буферного газа ниже 10 Topp и наличии напряжения на высоковольтном электроде формируется пылевая структура, лежащая в области пучка протонов (рис.19). Структура разрушается при перекрытии пучка протонов или при уменьшении или выключении напряжения, приложенного к высоковольтному электроду. Иными словами, при внешнем воздействии. При неизменных условиях структура может существовать очень долго - час, а возможно, и более. В структуре наблюдается сепарация частиц по размерам. Процесс образования пылевых структур слабо зависит от сорта буферного газа. При уменьшении давления газа и большого количества частиц в структуре наблюдается изменение ее формы. Резкая граница в части структуры, обращенной к высоковольтному электроду, меняет свою форму, становясь более симметричной. Увеличение подаваемого на высоковольтный электрод напряжения приводит к вытягиванию структуры в горизонтальном направлении, а уменьшение напряжения, наоборот, в вертикальном.

Рис. 19. Формирование осевой пылевой структуры. Газ - Ые, ток пучка - 3 мкА, давление -2 Торра, напряжение - 280 В. а) инжекцня пыли, б) спустя 0.5 с. после инжекции, в) спустя 1 с. после инжекции.

Во всех описанных выше случаях использовались пылевые частицы из диоксида церия средним диаметром 1 мкм. Использование монодисперсных частиц меламинформальдегида привело к образованию однородных и симметричных пылевых структур в осевой области пучка с двумя областями (рис.20). В первой области частиц очень много и они совершают интенсивные вращательно-колебательные движения, во второй области можно различить висящие в области пучка частицы. В вертикальном и горизонтальном направлении частицы выстраиваются в цепи. Расстояния между цепочками имеют строго определенные значения. Имеются, конечно же, некоторые неоднородности, дислокации и вакансии, но в целом можно утверждать, что вторая область - область пылевого кристалла. Расстояние между первой и второй областями в пылевой структуре заметно превышает расстояния между частицами в области пылевого кристалла.

» I электрод -'

Ы?^----------------f

«V-ÄiiX пылевые 'i Ш&М ' частицы >

-&/-.-Ш i

W3\'jjTvto6naoTb вращательно-Щ ijyf колебательного J Ш.-'" движения частиц

пылевой кристалл

Брсть вращательно-'колебательного движения частиц

Рис.20. Эволюция изменения формы осевой пылевой структуры в процессе формирования пылевого кристалла, а) Пролет пылевых частиц сквозь пылевую структуру, вброшенных в наблюдаемую область из контейнера, б) Кристаллизация пылевой структуры, в) Пылевой кристалл. Газ - криптон, частицы - меламинформальдегид диаметром Змкм, давление газа - 1 Topp, напряжение на электроде - 140В, ток пучка - ЗмкА. Размер кадра 6X8 мм2

Увеличение изображения и компьютерная обработка кристалла позволяет построить парную корреляционную функцию. Функция имеет вид, представленный на рис.21. Первые пики функции приходятся на значения 140, 280, и 420 мкм, что соответствует расстояниям а, 2а я За в пылевом кристалле. В пылевом кристалле отношение среднеквадратичного отклонения атома в узле к межузельному расстоянию равно 0,08 (оценивалось по гауссиану: числовое значение полуширины на полувысоте отнесено к среднему расстоянию между атомами).

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 R, МКМ

Рис.21. Увеличенное изображение пылевого кристалла а). Стрелками указаны внедренные

в решетку частицы. Размер кристалла 1,7x1 мм2. Среднее расстояние между частицами 140 мкм. Газ - криптон, частицы - меламинформальдегид диаметром 3 мкм, давление газа - 1 Topp, напряжение на электроде - 140В, ток пучка - ЗмкА. б) Парная корреляционная

функция.

Экспериментальные исследования поведения пылевых частиц в плазме, создаваемой пучком протонов выявили большое разнообразие пылевых структур, образующихся в ней. При достаточно больших давлениях буферного газа (до Topp) поведение пылевых структур, т.е. вихрей, колец, торов, вращающихся пылевых облаков, описывается механизмом передачи импульса от ионов молекулам среды.

Кроме того на частицы действует и электрическое поле, образованное приложенным к высоковольтному электроду напряжением и протонами пучка. Моделирование профиля электрического поля в ячейке представлено на рис.22. Видно, что профиль этого поля достаточно сложный, пространственный положительный заряд искажает эквипотонцеальные поверхности, образованные отрицательно заряженным электродом. Поверхности имеют вид, схожий с формой осевой пылевой структуры. По-видимому, пылевые частицы находятся в некоем подобии потенциальной ямы, где и образовывают кристалл в случае с монодисперсными пылевыми частицами

Рис.22. Профиль электрического поля в экспериментальной ячейке. Пространственный положительный заряд - 40 В, Приложенный к электроду потенциал - -70В

Заключение

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать

следующим образом.

1. Разработаны методы получения заряженных пылевых частиц, используя процесс термоэмиссии и облучение частиц электронами. Для этого:

• создана модель зарядки пылевой частицы электронами, использующая метод Монте-Карло; результаты расчета совпадают с результатами, полученными из аналитического выражения для тока термоэмиссии и с результатами эксперимента.

2. Разработаны методы получения плотных пылевых облаков, пылевых вихрей и пустот (воидов) в ядерно-возбуждаемой плазме и исследованы их свойства. Для этого:

• создана экспериментальная установка, в которой формировались пылевые структуры;

• исследовано влияние подаваемого на электроды электрического поля и влияние давления и сорта газа на поведение пылевых структур;

• исследовано влияние различных схем размещения электродов на поведение пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме;

• рассчитана плотность энерговклада в единицу времени в газовую среду источника ионизирующего излучения 2КСГ;

• представлен результат расчета парной корреляционной функции для пылевых структур; функция указывает на формирование пылевых структур жидкостного типа.

3. Разработаны методы получения плотных пылевых облаков, пылевых вихрей и волн в пылевых структурах, а также быстропротекающих процессов в плазме пучка протонов. Для этого:

• создана экспериментальная ячейка, в которой формировались пылевые структуры;

• исследовано влияние подаваемого на электроды напряжения электрического поля, влияние давления и сорта буферного газа на поведение пылевых структур и влияние значения тока пучка протонов ускорителя ФЗИ типа ЭГ-2,5 на образовывающиеся пылевые структуры.

4. Разработаны методы получения пылевого кристалла в плазме пучка протонов. Для этого:

• исследовано влияние разброса по размерам пылевых частиц на формирование кристалла; установлено, что кристалл формируется из монодисперсных пылевых частиц;

• выполнен расчет парной корреляционной функции для пылевых кристаллов. Среди перечисленных выше результатов диссертационной работы наиболее важным

является то, что в ней впервые было экспериментально обнаружено ранее неизвестное

явление - ядерно-возбуждаемый пылевой кристалл.

Основные выводы из диссертационной работы состоят в следующем.

• Элементарные процессы зарядки пылевых частиц могут быть экспериментально смоделированы. В таких экспериментах не следует ожидать получение пылевых структур из-за малой диссипации кинетической энергии пылевых частиц. Тем не менее, они показали возможность получения значительных величин зарядов пылевых частиц. Формирование пылевых структур требует создания дополнительных условий, важнейшими из которых являются наличие буферного газа и увеличение концентрации пылевых частиц в газопылевой смеси.

• В поле плоского цилиндрического конденсатора образуются плотные пылевые структуры жидкостного типа. Их время жизни ограничено несколькими

десятками секунд или несколькими минутами. Существует слабо выраженный оптимум условий наибольшей длительности существования структур. Роль стенок ячейки заметно уменьшается при уменьшении расстояния между электродами. Это говорит о том, что стенки не играют определяющей роли в образовании облаков с резкими границами, как это считалось ранее.

• Обнаружение в пылевых облаках областей, свободных от пылевых частиц, позволяет надеяться на разработку методов защиты поверхностей от пылевых частиц, что важно для практических приложений.

» Увеличение давления буферного газа не приводит к образованию кристаллических структур, зато образующиеся структуры жидкостного типа становятся более компактными. Следовательно, при возрастании плотности ионизации в ядерно-возбуждаемой плазме с высокой степенью однородности и высоким перекрытием треков можно ожидать получение структур кристаллического типа.

• При неизменных условиях эксперимента (фиксированных давлении газа и подаваемого на электрод напряжения) время существования пылевых структур лежит в пределах от нескольких минут до десятков минут. Поведение пылевых частиц существенно зависит от давления буферного газа и слабо зависит от его типа.

в При инжекции частиц в экспериментальную ячейку происходит разделение их по размерам в пылевой структуре, и пылевую структуру можно разделить на области, в которых находятся частицы с фиксированным размером. В этих областях частицы взаимодействуют друг с другом и с частицами из других областей, что приводит к интенсивному вращательно-колебательному движению.

• При образовании пылевого кристалла определяющую роль играет монодисперсность используемых пылевых частиц; существенную роль играют значения давления буферного газа и подаваемого на дополнительный электрод напряжения. Размеры пылевых частиц, ток пучка протонов и тип газа на процесс образования кристалла практически не влияют.

® В большинстве случаев пылевой кристалл образуется на переднем фронте осевой структуры, либо в приэлектродной области в пучке протонов, если осевой пылевой структуры нет.

• Для частиц с разными диаметрами, кроме образования упорядоченной пылевой структуры наблюдается разделение пылевых частиц по размерам. Более крупные частицы образуют упорядоченную структуру в области пучка протонов, расположенную ближе к высоковольтному электроду. Мелкие частицы образуют более плотную кристаллическую структуру, но располагающуюся дальше от электрода.

Наиболее существенным выводом из диссертационной работы является обнаруженное в ней новое явление природы - образование ядерно-возбуждаемого пылевого кристалла, открывающее реальную перспективу практического освоения целого ряда принципиально новых ядерно-плазменных технологий.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 04-02-97241-р2004наукоград_а, 04-02-08085-офн а, 05-08-33650-а).

Список используемых источников

1. Фортов В.Е., Плазменно-пылевые кристаллы и жидкости на земле и в космосе // Вестник Российской Академии Наук. - 2005. - Т. 75. -№ 11.-С. 1012-1027.

2. Пылевая плазма / В.Е.Фортов, А.Г.Храпак, С.А.Хралак н др. // УФН. - 2004. - T. 174. -№5.-С. 495-544.

3. Энергетический макет лазерной системы с накачкой от импульсного реактора / A.B. Гулевнч, П.П. Дьяченко, A.B. Зродников и др. // Атомная энергия. - 1996. - Т. 80. -Вып. 5. - С.361-365.

4. Исследование физических принципов преобразования энергии радиоактивных изотопов в электричество на основе плазменно-пылевых структур / А.Ф. Паль, А.Н. Старостин, A.B. Филиппов: Препринт №6105/6 - г. Москва: ИАЭ, 1998

5. Накопление заряда пылевыми частицами в ядерно-возбуждаемой плазме. Изучение процесса зарядки пылевых частиц в ионизационной камере. / В.А.Рыков, А.В.Худяков, В.И. Владимиров и др. //XV Международная конференция «Уравнения состояния вещества» - г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2000. - С. 175.

6. Пылевые вихри, облака и струи в ядерно-возбуждаемой плазме / Фортов В.Е., Рыков

B.А., Худяков A.B. и др. // ЖЭТФ. - 2001. - Т.120. - Вып.2. - С.353-365.

Основные положения диссертации представлены в следующих публикациях :

1. Атомная батарея на основе упорядоченных плазменно-пылевых структур / A.B. Филиппов. В.А. Рыков, К.В. Рыков и др.: Препринт - № 0113-А. г. Троицк: ТРИНИТИ, 2004

2. Упорядоченные пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме / JI.B. Депутатова, A.B. Худяков, К.В Рыков и др. // XVIII Международная конференция «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». - г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2003.-

C.146

3. Ядерно-возбуждаемая пылевая плазма и ее применение / JI.B. Депутатова, A.B. Худяков, К.В Рыков и др. // IV Российский семинар «Современный средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды». Г. Москва: - МИФИ, - 2003 - С.111-113

4. Заряд пылевой частицы, эмитгирующей электроны / A.B. Худяков, К.В. Рыков, Л.В. Депутатова, Владимиров В.И. // Международная конференция «Физика экстремального состояния вещества». - г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2002. - С. 173175.

5. Плотные пылевые облака в ядерно-возбуждаемой плазме различных газов при давлениях выше атмосферного / Л.В. Депутатова, A.B. Худяков. К.В, Рыков и др. // XVIII Международная конференция «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». - г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2003. - С.147.

6. Поведение пылевой компоненты в пучковой плазме / Л.В. Депутатова, A.B. Худяков. К.В. Рыков и др. / Сб. Научные труды института теплофизики экстремальных состояний. - г. Москва: - ОИВТ РАН, 2002 - Вып. 5.- С.241-244

7. Структуры пылевых частиц в трековой плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 / Л.В. Депутатова, П.П.Дьяченко. Рыков К.В. и др. // Препринт №3012 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

8. Ядерно-возбуждаемая пылевая плазма и перспективы ее применения / Л.В. Депутатова, В.И. Владимиров, К.В. Рыков и др. // Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004. - г. Петрозаводск: -ПетрГУ. - 2004. - С.292-296.

9. Dusty structures in the track plasma produced by beam of accelerated ions / L.V. Deputatova, V. I. Vladimirov, К. V. Rykov et al. // International Conference on the Physic Dusty and Combustion Plasmas. - Odessa: Ukraine 2004. P.139-142.

10. Пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме / J1.B. Депутатова, В.И Владимиров, К.В. Рыков и др. // Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004. - г. Петрозаводск: - ПетрГУ. - 2004. -С.296-300.

11. Структуры пылевых частиц в трековой плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 (часть 2) / Л.В. Депутатова, П.П.Дьяченко, Рыков К.В. и др.: Препринт №3032 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

12. Структуры пылевых частиц в трековой плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 (часть 3) / JI.B. Депутатова, П.П.Дьяченко Рыков К.В. и др : Препринт №3033 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

13. Математическая модель ядерно-возбуждаемой пылевой плазмы. Постановка задачи. / И.В. Алексеева, А.П. Будник, Рыков К.В. и др: Препринт №3034 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

14. Аналогии в форме структур пылевых частиц в трековой плазме и объектов во вселенной / В.А. Рыков, Рыков К.В, И.А. Денежкин: Препринт №3035 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

15. Пространственно-временная эволюция вихревых структур пылевых частиц в трековой плазме / П. П. Дьяченко, И.А. Денежкин, Рыков К.В: Препринт №3036 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

16. Пылевые частицы в трековой плазме, создаваемой пучком протонов / В.Е. Фортов, Л.В. Депутатова, К.В. Рыков и др. // ДАН. - 2004. - Т. 398. - № 1. - С. 50-53.

17. Dust Particles in a Track Plasma Produced by a Proton Beam I V.E. Fortov, L.V. Deputatova, K.V. Rykov et al // Doklady Physics Translated from Doklady Akademii Nauk. - 2004 - V. 398.-Nos. 1-3.-p. 497.

18. Структуры пылевых частиц в плазме пучка протонов / В.Е.Фортов, П.П Дьяченко, К.В Рыков и др // Труды Международной конференции «Физика экстремального состояния вещества». - г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2005. - С.202-203.

19. Вихревые структуры пылевых частиц в трековой плазме пучка протонов / B.C. Филинов, Л.В. Депутатова, К.В. Рыков и др. // Физика плазмы. - 2005 - Т. 31. - №7. -С. 621-627.

20. Кристаллизация пылевой компоненты в плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 / П.П. Дьяченко, Рыков К.В: Препринт №3054 - г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

21. Dust crystals in plasma created by proton beam / V.E. Fortov, V.S. Filinov, K.V. Rykov et al // International Conference on Strongly Coupled Systems. Moscow. 2005. pp 52-53.

22. Experimental and theoretical investigations of dust crystals in plasma created by proton beam / V.E Fortov, V.S. Filinov, K.V. Rykov et al // Physics letters A. - 2006 - V. 351. - pp. 296 -301.

23. Collective phenomena in nuclear-induced dusty plasmas and its technological aspects / V.E. Fortov, V.A. Rykov, A.V. Khudyakov et al // III International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY. - Minsk. - 2003. - V.l. - pp. 908-911.

24. Dust crystals in plasma created by a proton beam / V.E. Fortov, V.S. Filinov, K.V. Rykov et al // J. Phys. A - 2006 - V. 39 No 17 - pp, 4533-4537.

Благодарности.

Автор благодарен Чусову Александру Ивановичу и Гуще Михаилу Анисимовичу за изготовление деталей и узлов экспериментальных установок и помощь в проведении экспериментов.

Автор благодарен коллегам: Молоткову Владимиру Ивановичу, Депутатовой Лидии Викторовне, Фшшнову Владимиру Сергеевичу, Владимирову Владимиру Ивановичу, Буднику Александру Петровичу.

Особая благодарность Дьяченко Петру Петровичу за научное руководство.

Автор благодарит Фридмана Алексея Максимовича, Старостина Андрея Никоновича, Гулевича Андрея Владиславовича, Филиппова Анатолия Васильевича и Рыкова Владимира Александровича за полезное обсуждение результатов.

Подписано к печати 05.05.2006 г. Формат 60x84 1/16. Усл.п.л.0,6. Уч.-изд.л.1,9.

__Тираж 50 экз. Заказ № 2>О0_

Отпечатано в ОНТИ методом прямого репродуцирования с оригинала автора. 249033, Обнинск Калужской обл., ФЭИ.

Ö10 8 93

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Рыков, Кирилл Владимирович

Введение.

1.Глава 1. Обзор литературы.

2.Глава 2. Получение положительно и отрицательно заряженных пылевых частиц.

2.1. Расчеты методом Монте-Карло.

2.2. Сравнение результатов моделирования с расчетом, проведенным по аналитическому выражению для тока термоэмиссии.

2.3. Экспериментальное определение электрического заряда нагретых пылевых частиц.

2.3.1. Экспериментальная установка.

2.3.2. Обработка результатов эксперимента и их обсуждение.

2.4. Получение отрицательно заряженных пылевых частиц.

2.4.1. Описание экспериментальной установки.

2.4.2. Измерение тока эмиссии электронов.

2.4.3. Измерение заряда и времени пролета пылевой частицы в пучке.

Введение диссертация по физике, на тему "Методы получения и свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме"

Актуальность работы

В технологических установках, использующих плазменные процессы, присутствие пылевых частиц часто играет негативную роль. Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные поиски путей, устраняющих вредное воздействие пылевых частиц, в частности, в установках термоядерного синтеза. С другой стороны, изучение поведения пылевых частиц в плазме может привести к разработке новых технологий, в которых пылевой компоненте отводится главная роль. Фундаментальные исследования пылевой плазмы и разработка основ технологического использования плазменно-пылевых структур относятся к актуальным проблемам физики [1]. Самоорганизация пылевой компоненты в плазме, содержащей специально внедренные частицы с микронными размерами, вызывает в настоящее время растущий интерес [2]. Количество публикаций по проблемам пылевой плазмы в научной печати возрастает от года к году. Это объясняется как необычными свойствами пылевой плазмы, так и возможностями проведения экспериментов, в которых можно визуально наблюдать процессы, приводящие к образованию упорядоченных структур жидкостного или кристаллического типа, и изучать их свойства. Эта среда, кроме плазменных частиц - электронов, ионов и нейтральных атомов, содержит специально внедренные твердые частицы с характерными размерами, лежащими в микронной области. Обычно подвижность электронов в плазме значительно превышает подвижность положительных ионов, частицы приобретают отрицательный электрический заряд, который по абсолютной величине может достигать сотен, тысяч и даже десятков тысяч единиц заряда электрона. Наступает сильное взаимодействие между пылинками - плазма становится неидеальной по пылевой компоненте. Пылевые частицы, постоянно подвергающиеся воздействию плазменных частиц, образуют открытую систему. Сильное взаимодействие между пылинками и открытость системы создают необходимые условия для самоорганизации пылевой компоненты в упорядоченные структуры жидкостного и даже кристаллического типа.

Цель работы заключается в разработке экспериментальных методов получения плотных упорядоченных пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме и изучении их основных физических свойств (скорости движения пылевых частиц, их концентрация, геометрические размеры структур, их фрагментация, изменение поведения структур во времени при неизменных внешних параметрах и отклик структур на их изменение).

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

1. Разработаны методы получения заряженных пылевых частиц нагреванием, облучением электронами, воздействием плазменных частиц в ядерно-возбуждаемой плазме и экспериментально изучены механизмы приобретения ими как положительного, так и отрицательного заряда.

2. Спроектированы и созданы экспериментальные ячейки для исследования поведения пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме, образованной источником ионизирующего излучения 252Cf.

3. Проведены эксперименты по прохождению осколков деления 252Cf через вещество и расчеты плотности энерговклада в единицу времени осколков деления и альфа частиц в газопылевую среду.

4. Экспериментальным путем получены и исследованы основные свойства пылевых структур в ядерно-возбуждаемой плазме.

5. Сделаны необходимые оценки значений физических величин (скорости движения пылевых частиц, их концентрация, геометрические размеры структур, изменение поведения структур во времени при неизменных внешних параметрах и отклик структур на их изменение).

6. Спроектирована и создана экспериментальная установка по исследованию поведения пылевых структур в плазме, образованной при торможении протонов ускорителя ЭГ-2,5 в буферном газе. Экспериментальным путем получены и исследованы пылевые структуры в плазме пучка протонов.

7. Разработаны методы получения плотных пылевых облаков, пылевых вихрей и пустот (воидов) в ядерно-возбуждаемой плазме,

8. Разработан метод получения пылевого кристалла в плазме пучка протонов.

9. Изучены основные физические характеристики полученных структур (скорости движения пылевых частиц, их концентрация, геометрические размеры структур, их фрагментация, изменение поведения структур во времени при неизменных внешних параметрах и отклик структур па их изменение)

10. Рассчитана парная корреляционная функция для пылевых частиц, распределение электрического поля в экспериментальной ячейке при различной конфигурации пространственного положительного заряда.

Эти задачи либо решены автором лично, либо в составе группы при определяющем личном участии.

Научная новизна.

Большинство результатов, представленных в диссертационной работе, получены впервые.

Были разработаны и изготовлены узлы экспериментальных установок, изучены условия создания плотных пылевых структур и разработаны методы их получения в двух случаях. В одном из них для создания ионизованной среды использован источник 252Cf, испускающий осколки деления и альфа-частицы. В другом случае эксперименты проводились на протонном ускорителе. Протоны, создавая в газе область с высокой степенью ионизации, экспериментально моделируют условия, при которых треки осколков деления перекрываются.

Впервые обнаружено образование плотных пылевых облаков из полидисперсных пылевых частиц в ядерно-возбуждаемой плазме инертных газов, образованной источником ионизирующего излучения 252Cf. Получены плазменно-пылевые структуры, содержащие пространственные области, свободные от пылевых частиц. Кроме того, впервые наблюдалось коллективное движение полидисперсных пылевых частиц диоксида церия в плазме, образующейся при торможении пучка протонов, полученного на ускорителе. Наблюдались компактные вихревые структуры, вращающиеся вокруг своей оси, с большим количеством пылевых частиц. Обнаружены также эволюционирующие во времени плотные пылевые облака с резкими границами, и, наоборот, области пространства с концентрацией пылевой компоненты, малой по сравнению с соседними участками.

Впервые в мире в плазме, создаваемой пучком протонов, получен плазменно-пылевой кристалл.

Научное и практическое значение.

Преобразование ядерной энергии в энергию когерентного оптического излучения является одним из важнейших способов ее использования [3]. Ядерно-возбуждаемая плазма инертных газов служит рабочей средой для лазеров с ядерной накачкой. Такая плазма создается ионизирующими частицами, появляющимися в ядерных реакциях (при делении ядер, а также при альфа- и бета-распаде). В настоящее время представляется целесообразным проведение исследований, в которых делящееся вещество в лазерно-активных элементах (ЛАЭЛ) могло бы быть распределено в пылевых структурах, образованных в ядерно-возбуждаемой плазме.

Развитие ядерных и термоядерных технологий требует также изучения поведения пылевых частиц в ядерно-возбуждаемой плазме. Сюда можно отнести разработку нового типа мишеней в экспериментах по ядерной физике или проблему повышения концентрации паров металлов в лазерпо-активных смесях. Возникновение пылевых частиц возможно также в лазерно-активных элементах и вблизи стенок термоядерного реактора. Здесь очень важно научиться управлять пылевыми облаками с целью их удаления. А если в будущем удастся создать протяженные пылевые структуры с высокой степенью упорядоченности, то это позволит создать фотовольтаические источники питания [4,40] или лазерно-активные элементы нового поколения. В этих устройствах, основанных па преобразовании энергии деления ядер в оптическое излучение, необходимо обеспечить распространение электромагнитного излучения на достаточно большие расстояния в присутствии в объеме пылевой компоненты, что возможно только при условии ее нахождения в состоянии плазменно-пылевого кристалла. В ЛАЭЛах нового поколения предлагается использовать распределенное по их объему делящееся вещество, содержащееся внутри пылевых частиц с характерным размером в микронной области. В этом случае коэффициент преобразования энергии возрастает почти в 10 раз по сравнению с ЛАЭЛ, в которых делящееся вещество сосредоточенно в пристеночных слоях. В фотовольтаическом источнике питания также предлагается распределить радиоактивную пылевую компоненту по всему объему источника питания таким образом, чтобы газопылевая среда была оптически прозрачна для прохождения излучения до фотовольтаического элемента, который эффективно преобразует энергию излучения в электроэнергию.

Положения и результаты, выносимые на защиту.

2. Методы получения плотных пылевых облаков, пылевых вихрей и пустот (воидов) в ядерно-возбуждаемой плазме.

4. Методы получения пылевого кристалла в плазме пучка протонов.

5. Основные физические характеристики полученных структур (скорости движения пылевых частиц, их концентрация, геометрические размеры структур, их фрагментация, изменение поведения структур во времени при неизменных внешних параметрах и отклик структур на их изменение)

6. Результаты расчета парной корреляционной функции для пылевых частиц.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

• использованием современных средств наблюдения и методов обработки результатов;

• соответствием расчетных значений физических величин получаемым экспериментальным результатам;

• воспроизводимостью наблюдаемых структур при повторении условий эксперимента;

• публикацией основных результатов работы в реферируемых журналах при высокой оценке рецензентов.

Апробация работы.

Полученные результаты и основные положения диссертационной работы докладывались:

• на международной конференции «Физика экстремального состояния вещества» (Эльбрус 2002);

• на международной конференции «Физика плазмы и плазменные технологии» (Минск 2003);

• на международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Эльбрус 2003);

• на всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004. Петрозаводск 2004;

• на международной конференции по физике пылевой плазмы (Одесса 2004);

• на международной конференции «Физика экстремального состояния вещества» (Эльбрус 2005);

Публикации

Полученные в диссертации результаты изложены в 24 печатных работах [40-43,4662,95,96,97].

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Основные выводы из диссертационной работы состоят в следующем.

• Элементарные процессы зарядки пылевых частиц могут быть экспериментально смоделированы. В таких экспериментах не следует ожидать получение пылевых структур из-за малой диссипации кинетической энергии пылевых частиц. Тем не менее, они показывали, возможность получения значительных величин зарядов пылевых частиц. Формирование пылевых структур требует создания дополнительных условий, одним из важнейших из которых являются наличие буферного газа и увеличение концентрации пылевых частиц в газопылевой смеси.

• В поле плоского цилиндрического конденсатора образуются плотные пылевые структуры жидкостного типа. Их время жизни ограничено несколькими десятками секунд или несколькими минутами. Существует слабо выраженный оптимум условий наибольшей длительности существования структур. Роль стенок ячейки заметно уменьшается при уменьшении расстояния между электродами. Это говорит о том, что стенки не играют определяющей роли в образовании облаков с резкими границами, как это считалось ранее.

• Увеличение давления буферного газа не приводит к образованию кристаллических структур, зато образующиеся структуры жидкостного типа становятся более компактными. Следовательно, при возрастании плотности ионизации в ядерно-возбуждаемой плазме с высокой степенью однородности и высоким перекрытием треков можно ожидать получение структур кристаллического типа.

• При инжекции частиц в экспериментальную ячейку происходит разделение их по размерам в пылевой структуре, и пылевую структуру можно разделить на области, в которых находятся частицы с фиксированным размером. В этих областях частицы взаимодействуют друг с другом и с частицами из других областей, что приводит к интенсивному вращательно-колебателыюму движению.

• В большинстве случаев пылевой кристалл образуется на переднем фронте осевой структуры, либо в приэлектродной области в пучке протонов, если осевой пылевой структуры нет.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Рыков, Кирилл Владимирович, Обнинск

1. Фортов В.Е., Плазменно-пылевые кристаллы и жидкости на земле и в космосе // Вестник Российской Академии Наук. 2005. - Т. 75. - № 11. - С. 1012-1027.

2. Пылевая плазма / В.Е.Фортов, А.Г.Храпак, С.А.Храпак и др. // УФН. 2004. - Т. 174. -№ 5. - С. 495-544.

3. Энергетический макет лазерной системы с накачкой от импульсного реактора / А.В. Гулевич, П.П. Дьяченко, А.В. Зродников и др. // Атомная энергия. 1996. - Т. 80. -Вып. 5. - С.361-365.

4. Исследование физических принципов преобразования энергии радиоактивных изотопов в электричество на основе плазменно-пылевых структур / А.Ф. Паль, А.Н. Старостин, А.В. Филиппов: Препринт №6105/6 г. Москва: ИАЭ, 1998

5. Игнатов A.M., Физические процессы в пылевой плазме //Физика плазмы. 2005. - Т. 31.- № 1. - С. 52-63.

6. Комплексная плазма: I. Комплексная плазма как необычное состояние вещества / В.Н. Цитович, Г.Е. Морфил, В.Х. Томас, //Физика плазмы. 2002. - Т. 28. - №8. - С.675-707.

7. Комплексная плазма: II. Элементарные процессы в комплексной плазме / В.Н. Цитович, Г.Е. Морфил, В.Х. Томас, //Физика плазмы. 2003. - Т. 29. - №1. - С.3-36.

8. Комплексная плазма: II. Эксперименты по сильной связи и дальним корреляциям /

9. B.Н. Цитович, Г.Е. Морфил, В.Х. Томас, //Физика плазмы. 2003. - Т. 29. - №11.1. C.963-1030.

10. Н Thomas., G.E. Morfill, V. Demmel et al. // Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73. - p.652.

11. A.M. Липаев, В.И. Молотков, А.П. Нефедов //ЖЭТФ. 1997 - Т. 112. - С. 12.

12. В.В. Балабанов, Л.М. Василяк, С.П. Ветчинин и др. // XV Международная конференция «Уравнения состояния вещества». г. Черноголовка: - ИПФХ РАН.-2000. - С. 166

13. Ю.В.Герасимов, А.П. Нефедов, В.А. Сипелыциков, В.Е. Фортов // Письма в ЖТФ -1998.-Т. 24.-Вып. 19.-С. 62.

14. Chu J. Н., IL. //Phys. Rev. Lett. 1994. - V.72. - p.4009.

15. Thomas H et al. //Phys. Rev. Lett. 1994. - V.73. - p.652.

16. Hayashi Y., Tachibana К//Jpn. J. Appl. Phys. 1994. - V.804. - p.33.

17. Experimental determination of the charge on dust particles forming Coulomb lattices / A. Melzer, T. Trottenberg, A. Piel //Phys. Lett. A.- 1994. V. - 191. - pp. 301-308.

18. В.Е. Фортов, А.П. Нефедов, B.M. Торчинский, и др. // Письма в ЖЭТФ 1996. Т. 64. -Вып.2, - С. 86.

19. Возникновение жидкостных и кристаллических структур в пылевой плазме /А.П. Нефедов, В.И. Молотков, В.Е.Фортов и др. //Письма в ЖЭТФ. 2000. - Т. 72. - Вып. 4. -С.313-326.

20. Crystalline structures of strongly coupled dusty plasmas in dc glow discharge strata / V.E. Fortov, A. P. Nefedov, V. M. Torchinsky et al. //Phys. Lett. A 1997. - V.229. - p. 317.

21. Фортов B.E. и др. //ЖЭТФ 1998. Т. 114. - С. 2004.

22. Tsytovich V.N. de Angelis U. //Phys. Plasmas. 2001. -V.8 - p. 1141.

23. Morfill G. E. et al. //Phys. Rev. Lett. 1999. - V. 83. - p. 1598.

24. Thomas H., Morfill G.E., //Contrib. Plasma Phys. 2001. - V.41. - p. 255.

25. Goree J. et al. //Phys. Rev. E. 1999. V. 59. - p. 7055.

26. Tsytovich V.N. et al. //Phys. Rev. E. -2001. V.635. - p. 6609.

27. Samsonov D. Goree J. //Phys. Rev. E. -1999. V.59. - p. 1047.

28. Experimental observation of Coulomb ordered structure in spray of thermal dusty plasmas / Фортов B.E., Нефедов А.П., Петров О.Ф. и др. //Письма в ЖЭТФ. 1996. - Т.63. -Вып.З. - С.176.

29. В.Е. Фортов, B.C. Филинов, А.П. Нефедов, и др. // ЖЭТФ. 1997. - Т .111. - С. 889.

30. Фортов В.Е. и др., // ЖЭТФ. 1997. - Т . 111. - С. 467.

31. Khodataev Y. К. et al. //Phys. Rev. E. 1998. - V. 57. - p. 7086.

32. Эффективный потенциал взаимодействия и упорядоченные структуры пылевых частиц в плазме газового разряда / О.М. Белоцерковский, И.Е. Захаров, А.П. Нефедов, и др. //ЖЭТФ.-1999.-Т. 115.- Вып.З.-С.819-836.

33. Dyachenko P.P., Experimental and theoretical work performed by the Institute of Physics and Power Engineering on the Physics of Nuclear-Induced Plasma. //Laser and Particle Beams. 1993. - V. 11. - №4. - pp. 619-634.

34. Коэффициент вторичной электронной эмиссии для осколков деления с фиксированной массой и кинетической энергией. / Рыков В.А., Дьяченко П.П. //Атомная энергия. -1997. Т. 83. - Вып. 4. - С. 266-273.

35. Dust grain charging un the nuclear-induced plasma / V.E.Fortov, A.P.Nefedov, V.A.Rykov, et al. // Physics Letters A. 2001. - V.284. - p. 118-123.

36. Заряды пылевых частиц в ядерно-возбуждаемой плазме и образование вихревых динамических пылевых структур / В.А. Рыков, А.В. Худяков, B.C. Филинов и др.// Физика плазмы. 2002. - Т.28. - №6. - С. 567-576.

37. Emission properties and structural ordering of strongly coupled dust particles in a thermal plasma / V.E. Fortov, A.P. Nefedov, O. F. Petrov et al. // Phys. Lett. A. 1996. - V. 219. -p.89.

38. Райзер Ю.П., Физика газового разряда, г. Москва: Наука. 1987

39. Физические величины: Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, г. Москва: Энергоатомиздат, 1991

40. Смирнов Б.М., Аэрозоли в газе и плазме. // г. Москва: ИВТАН, 1990

41. Атомная батарея на основе упорядоченных плазменно-пылевых структур / А.В. Филиппов. В.А. Рыков, КВ. Рыков и др.: Препринт № 0113-А. г. Троицк: ТРИНИТИ, 2004

42. Упорядоченные пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме / Л.В. Депутатова, А.В. Худяков, К.В Рыков и др. // XVIII Международная конференция «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». г. Черноголовка: -ИПФХРАН. - 2003.- С. 146

43. Заряд пылевой частицы, эмиттирующей электроны / А.В. Худяков, КВ. Рыков, JI.B. Депутатова, Владимиров В.И // Международная конференция «Физика экстремального состояния вещества». г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2002. -С. 173-175.

44. Анализ результатов расчета потерь энергии осколков и их сравнение с экспериментальными данными: Отчет о НИР (промежуточный) ГНЦ РФ-ФЭИ; В.А. Рыков; №10105. - г. Обнинск, 2002. - А.В. Худяков. К.В. Рыков.

45. Экспериментальные исследования первичных процессов взаимодействия осколков деления с газовыми средами лазеров с ядерной накачкой: Отчет о НИР (промежуточный) ГНЦ РФ-ФЭИ; В.А. Рыков; № 10319. г. - Обнинск, 2002 - А.В. Худяков. К.В. Рыков.

46. Поведение пылевой компоненты в пучковой плазме / JI.B. Депутатова, А.В. Худяков. КВ. Рыков и др. / Сб. Научные труды института теплофизики экстремальных состояний. г. Москва: - ОИВТРАН, 2002-Вып. 5.- С.241-244

47. Структуры пылевых частиц в трековой плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 / Л.В. Депутатова, П.П.Дьяченко. Рыков К.В. и др. // Препринт №3012 г. Обнинск: ГНЦРФ-ФЭИ, 2004

48. Dusty structures in the track plasma produced by beam of accelerated ions / L.V. Deputatova, V. I. Vladimirov, К. V. Rykov et al. // International Conference on the Physic Dusty and Combustion Plasmas. Odessa: Ukraine 2004. P. 139-142.

49. Пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме / Л.В. Депутатова, В. И Владимиров, К.В. Рыков и др. // Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004. г. Петрозаводск: - ПетрГУ. -2004. - С. 296-300.

50. Структуры пылевых частиц в трековой плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 (часть 2) / Л.В. Депутатова, П.П.Дьяченко, Рыков К.В. и др.: Препринт №3032 г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

51. Структуры пылевых частиц в трековой плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 (часть 3) / Л.В. Депутатова, П.П.Дьяченко Рыков КВ. и др : Препринт №3033 г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

52. Математическая модель ядерно-возбуэ/сдаемой пылевой плазмы. Постановка задачи. / И.В. Алексеева, А.П. Рудник, Рыков К.В. и др: Препринт №3034 г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

53. Аналогии в форме структур пылевых частиц в трековой плазме и объектов во вселенной / В.А. Рыков, Рыков К.В, И.А. Денежкин: Препринт №3035 г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

54. Пространственно-временная эволюция вихревых структур пылевых частиц в трековой плазме / П. П. Дьяченко, И.А. Денежкин, Рыков К.В: Препринт №3036 г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

55. Пылевые частицы в трековой плазме, создаваемой пучком протонов / В.Е. Фортов, Л.В. Депутатова, КВ. Рыков и др. //ДАН. 2004. - Т. 398. -№ 1. - С. 50-53.

56. Dust Particles in a Track Plasma Produced by a Proton Beam / V.E. Fortov, L.V. Deputatova, К. V. Rykov et al // Doklady Physics Translated from Doklady Akademii Nauk. -2004- V. 398. -Nos. 1-3. -p. 497.

57. Структуры пылевых частиц в плазме пучка протонов / В.Е.Фортов, П.П Дьяченко, К.В Рыков и др // Труды Международной конференции «Физика экстремального состояния вещества». г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2005. - С. 202-203.

58. Vortex Dust Structures in a Track Plasma of a Proton Beam / V.S. Filinov, L. V. Deputatova, К. V. Rykov et al//Plasma Physics Reports. 2005 - V. 31. - No. 7. -pp. 570-576.

59. Кристаллизация пылевой компоненты в плазме, создаваемой пучком протонов ускорителя ЭГ-2,5 / П.П. Дьяченко, Рыков К.В: Препринт №3054 г. Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2004

60. Dust crystals in plasma created by proton beam / V.E. Fortov, V.S. Filinov, К. V. Rykov et al //International Conference on Strongly Coupled Systems. Moscow. 2005. pp 52-53.

61. Цытович B.H., Пылевые кристаллы, капли и облака // УФН. 1997. - Т. 167. - № 1. - С. 57-99

62. Фортов В.Е, Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Том 3, г. Москва: Наука, 2000

63. J. Winter // Plasma Phys. Contr. Fusion. 1998. - V. 40. - p. 1201.

64. J. Winter, "Frontiers in Dusty Plasmas" // Elsevier Science B. 2000. - p. 193.

65. C.H. Skinner, C.A. Gentile, J.C. Hosea, et al., //Nucl. Fusion. 1999. - V. 39. - p. 271.

66. Piet, S.J. et al. // Proc. 17th IEEE/INPSS Symp. Fusion Engineering, Oct. 6-10, 1997, San Diego, USA, IEEE 97HC35131,Voll, 167 (1998)

67. Гангрский Ю.П., Марков Б.Н., Перелыгин В.П., Регистрация и спектрометрия осколков деления, г. Москва: Энергоиздат, 1981

68. Дьяченко П.П., Кузьминов Б.Д., Чукичев М.В. // ПТЭ. 1965. - №5. - С.85

69. Соловьев С.М., Эйсмонт В.П. Прикладная ядерная спектроскопия -.г Москва: Атомиздат, 1972

70. Бете Г. Квантовая механика. / Пер с англ. Под ред. В Л. Бонч-Бруевича. г. Москва: Мир, 1965

71. Range concepts and heavy ion range / Lindhard J., Scharff M., Schiott H.E. // Mat. Fys. Medd. Dan.Vid.Selsk. 1963. - Vol. 33. - No 14.

72. A semiempirical stopping power theory for heavy ions in gases and solids / Pierce Т.Е., Blann M. //Phys. Rev. 1968. - V.173. - p. 390-405.

73. Stopping powers of some solids for 30-90 MeV ions / Brown M.D., Moak C.D. //Phys. Rev. B. 1972. - V. 6. -N. 1. p. 90-94.

74. H.W.Schmitt, J.H. Neiler, F.G.Walters // Phys. Rev. 1966. - V. 141. - p.l 146.

75. Осколки деления ядер / Ю.П. Гангрский, Б. Далхсурен, Б.Н. Марков, г. Москва: Энергатомиздат, 1986

76. J.E.Gindler, Dependence of neutron yield on fragment for several low-energy fissioning systems // Phys.Rev.C. 1979. - V.19. - N.5. - p.1806.

77. Passage of fission fragments through thin film plastic scintillators / Batra R.K., Shotter A.C. //Nucl. Instr. and Meth. 1984. - V. B5. - P. 14-19.

78. И.А. Квасников, Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем -г. Москва: МГУ, 1991

79. Ландау JI. Д., Лифшиц Е. М., Гидродинамика г. Москва: Наука, 1988

80. Накопление заряда пылевыми частицами в ядерно-возбуждаемой плазме. Изучение процесса зарядки пылевых частиц в ионизационной камере. / В.А.Рыков, А.В.Худяков,

81. B.И. Владимиров и др. //XV Международная конференция «Уравнения состояния вещества» г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2000. - С. 175.

82. Стратификация пылевой компоненты в трековой плазме / В.И. Владимиров, Л.В. Депутатова, В.А. Рыков и др. // Труды XVII Международной конференции «Физика экстремальных состояний вещества 2002». - г. Черноголовка: - ИПФХ РАН. - 2002.1. C.142-143.

83. Пылевые вихри, облака и струи в ядерно-возбуждаемой плазме / В.И. Владимиров, Л.В. Депутатова, В.А. Рыков и др. // ЖЭТФ. 2001. - Т. 120. Вып. 2(8). - С. 353-365.

84. Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Физическая кинетика г. Москва: Наука, 1979

85. Упорядоченные пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме / В.Е. Фортов, В.А. Рыков, А.В. Худяков и др. //ДАН. 1999. - Т.366. - №2. - С.184-187.

86. Nuclear Induced Dusty Plasma Structures / V.S. Filinov, V.A. Rykov, Khudyakov A.V.et al. // ICPDP-99. 2nd Intern. Conference on the Physics of Dusty Plasmas. May 24-28 1999 -Japan. - p.99.

87. Dust particles in a nuclear-induced plasma / V.E. Fortov, V.A. Rykov, Khudyakov A.V. et al //Physics Letters. 1999. - V.258. -p.305-311.

88. Экспериментальное исследование поведения заряженных макрочастиц в ядерно-возбуждаемой пылевой плазме / В.Е. Фортов, В.А. Рыков, А.В. Худяков и др. // Изв. РАН Серия физическая. 1999. - №11. - С.2221-2223.

89. Experimental Investigation of Dust Particles Structures in the Nuclear Induced Plasma / V.E. Fortov, V.A. Rykov, A.V. Khudyakov et al // III International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY. Minsk. - 2000. - V.l. - pp.346-349.

90. Charge Formation on Dust Grains in the Nuclear Induced Plasma / V.E. Fortov, V.A. Rykov, A.V. Khudyakov et al // III International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY. Minsk. - 2000. - V.l. - pp.350-353.

91. Упорядоченные пылевые структуры в ядерно-возбуждаемой плазме неона и аргона /

92. B.Е. Фортов, В.А. Рыков, А.В. Худяков и др. // Физика плазмы. -2001. Т.27. - №1. —1. C.37-44.

93. Dust Vortices, Clouds and Jets in Nuclear-Induced Plasmas / V.E. Fortov, V.A. Rykov, A.V. Khudyakov et al // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2001. - V.93. -N.2. -pp.313-323.

94. Collective phenomena in nuclear-induced dusty plasmas and its technological aspects /V.E. Fortov, V.A. Rykov, A.V. Khudyakov et al//III International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY. Minsk. - 2003. - V.l. -pp. 908-911.

95. Dust crystals in plasma created by a proton beam / V.E. Fortov, V.S. Filinov, К. V. Rykov et al//J. Phys. A 2006-V. 39 No 17-pp. 4533-4537.