Исследование влияния неоднородности тлеющего разряда, вызванной сужением токового канала, на динамику пылевых частиц в магнитном поле

2014

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Сер. 4. Том 1 (59). Вып. 2

КРАТКИЕ НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 537.525.1

С. И. Павлов, В. Ю. Карасёв, Е. С. Дзлиева, М. А. Ермоленко, А. Ю. Иванов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА, ВЫЗВАННОЙ СУЖЕНИЕМ ТОКОВОГО КАНАЛА, НА ДИНАМИКУ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ*

Санкт-Петербургский государственный университет, 199034, Санкт-Петербург, Российская Федерация

В работе применён метод зондирования разряда пылевыми частицами, разработанный и описанный авторами ранее. Зарегистрировано азимутальное отклонение падающих пробных частиц в исследуемой области в магнитном поле. Результаты представлены в виде зависимостей проекции угловой скорости падающих частиц на направление вектора магнитной индукции от магнитного поля. Сделан вывод, что влияние неоднородности разряда, связанное с сужением токового канала, должно учитываться при построении теоритических моделей вращения плазменно-пылевых структур в стратах в магнитном поле. Библиогр. 10 назв. Ил. 2.

Ключевые слова: пылевая плазма, тлеющий разряд, зондирование, магнитное поле.

S. I. Pavlov, V. Yu. Karasev, E. S. Dzlieva, M. A. Ermolenko, A. Yu. Ivanov

INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF INHOMOGENEITY OF GLOW DISCHARGE CAUSED BY NARROWING OF THE CURRENT CHANNEL ON THE DYNAMICS OF DUST PARTICLES IN MAGNETIC FIELD

St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russian Federation

The paper is devoted to studies of the influence of inhomogeneity of discharge caused by narrowing of the current channel on the dynamics of dust particles in magnetic field. The paper introduces the idea of detection of effect of this inhomogeneity. The method of probing of the discharge by dust particles described and developed by the authors earlier was applied. Azimuthal deflection of falling probe particles in magnetic field was registered in the area of study. Results are presented as the dependence of the projection of the angular velocity of the falling particles to the magnetic induction vector direction on the magnetic field. It is concluded that the effect of inhomogeneity of the discharge associated with the narrowing of the current channel should be considered when constructing theoretical models of rotation of dust structures in the striations in magnetic field. Refs 10. Figs 2.

Keywords: dusty plasma, glow discharge, probing, magnetic field.

* Работа поддержана: РФФИ, грант № 14-02-00313 А, НИР СПбГУ 11.38.642.2013 и 11.39.313.2014.

Введение. Пылевые структуры, левитирующие в стратах тлеющего разряда, приходят во вращение при наложении внешнего продольного магнитного поля [1—6]. Это явление наблюдалось в ряде работ, однако однозначного объяснения не получило. В литературе существует несколько гипотез [4, 7, 8], одна из них связана с необходимостью учёта неоднородностей, связанных с конструкцией разрядной камеры [7, 8], а именно сужения токового канала вблизи области левитации структур. В нашей работе реализована идея обнаружения влияния этой неоднородности на движение пробных пылевых частиц в магнитном поле. Применен метод зондирования разряда пылевыми частицами, разработанный и описанный в [9, 10].

Описание эксперимента. Использовалась экспериментальная установка, в которой наблюдалось вращение плазменно пылевых структур в стратах [3]. Разрядная трубка имела съёмную узкую часть, использовавшуюся для стабилизации страт [3] и имела возможность перемещаться вдоль оси. Для того чтобы избежать влияния неоднород-ностей разряда, вызванных стратами, на движение частиц, мы использовали нестра-тифицированный режим. Наблюдения проводились вблизи анодного торца катушки, создающей магнитное поле. Исследовалось несколько вариантов геометрического расположения, приводящих к возникновению неоднородности разряда. Измерялась азимутальная составляющая скорости зондирующих частиц.

Результаты. Количественным результатом эксперимента является угловая скорость, вычисленная по азимутальным проекциям скорости падающих частиц. Результаты представлены на рис. 1 и 2.

Обсуждение. Из графиков на рис. 1 видно, что наличие сужения токового канала приводит к инверсии направления угловой скорости зондирующих частиц, в проекции на направление магнитного поля. Обозначим Во величину магнитного поля, при котором происходит инверсия направления угловой скорости. Диаметр сужения оказывает

Рис. 1. Зависимость угловой скорости падающих пробных частиц от продольной составляющей магнитного поля: аргон, 1,8 торр, 1,6 мА, диаметр трубки 3 см; квадраты — сужение диаметром 0,5 см находилось на 4 см ниже анодного торца катушки; треугольники — сужение диметром 1,5 см находилось на 5,5 см ниже анодного торца катушки; ромбы — нет сужения разряда

Рис. 2. Зависимость угловой скорости падающих пробных частиц от продольной составляющей магнитного поля:

сужение 1,5 см находилось на 5,5 см (ромбы) и 8,5 см (квадраты) ниже анодного торца катушки; аргон, 1,8 торр, 1,6 мА

влияние на величину поля Во. Чем меньше диаметр сужения токового канала, тем инверсия наступает раньше. Расстояние от сужения токового канала до торца катушки так же влияет на величину Во. На рис. 2 видно, что чем ближе сужение токового канала к области наблюдения, тем меньше значение Во.

Выводы. Предложен и реализован метод для определения влияния неоднородно-стей, вызванных сужением токового канала, на динамику пылевых частиц в магнитном поле. Зарегистрировано наличие этого влияния. Описанное влияние неоднородностей необходимо учитывать при построении теоретических моделей вращения плазменно-пылевых структур в стратах в магнитном поле.

Литература

1. ДзлиеваЕ.С., КарасёвВ.Ю., Эйхвальд А. И. Исследование магнитомеханического эффекта в газовом разряде с помощью пылевых частиц // Опт. и спектр. 2002. Т. 92, № 6. С. 1018—1023.

2. ДзлиеваЕ. С., Карасёв В. Ю., Эйхвальд А. И. Воздействие продольного магнитного поля на плазменно-пылевые структуры в стратах в тлеющем разряде // Опт. и спектр. 2005. Т. 98, № 4. С. 640-645.

3. Karasev V. Yu., DzlievaE. S., Ivanov A. Yu., Eikhval'd A. I. Rotational motion of dusty structures in glow discharge in longitudinal magnetic field // Phys. Rev. (E). 2006. Vol. 74. 066403.

4. Васильев М. М., Дьячков Л. Г., Антипов С. Н. и др. Плазменно-пылевые структуры в магнитных полях в разряде постоянного тока // Письма в Журн. эксп. теор. физики. 2007. Т. 86. Вып. 6. С. 414-419.

5. D'yachkov L. G., Petrov O. F., Fortov V. E. Dusty plasma structures in magnetic DC discharges // Contrib. Plasma Phys. 2009. Vol. 49, N 3. P. 134-147.

6. Vasiliev M. M., D'yachkov L. G., Antipov S. N. et al. Dynamics of dust structures in a DC discharge under action of axial magnetic field // Europhys. Lett. 2011. Vol. 93. P. 15001.

7. Nedospasov A. V. Motion of plasma-dust structures and gas in a magnetic field // Phys. Rev. (E). 2009. Vol. 79. 036401.

8. Недоспасов А. В., Ненова Н. В. Силы ионного увлечения и магнитомеханический эффект // Журн. эксп. теор. физики. 2010. Т. 138. Вып. 5. С. 991-997.

9. Павлов С. И., Карасёв В. Ю., Дзлиева Е. С. Зондирование тлеющего разряда полидисперсными пылевыми частицами // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 4: Физика, химия. 2013. Вып. 1. C. 229-233.

10. Дзлиева Е. С., Карасёв В. Ю., Эйхвальд А. И. Применение зондирующих пылевых частиц для исследования стратифицированного разряда с плазменно-пылевыми структурами в магнитном поле // Опт. и спектр. 2006. Т. 101, № 3. С. 511-51.

Статья поступила в редакцию 17 декабря 2013 г.

Контактная информация

Павлов Сергей Иванович — аспирант; e-mail: sergey_pavlov86@mail.ru Карасёв Виктор Юрьевич — доктор физико-математических наук, профессор; e-mail: plasmadust@yandex.ru

Дзлиева Елена Сослановна — старший научный сотрудник; e-mail: plasmadust@yandex.ru Ермоленко Максим Анатольевич — кандидат физико-математических наук; e-mail: plasmadust@yandex.ru

Иванов Артём Юрьевич — ассистент; e-mail: artyom_ivanov@hotbox.ru

Pavlov Sergey Ivanovich — post-graduate student; e-mail: sergey_pavlov86@mail.ru Karasev Viktor Yurevitch — Doctor of Physics and Mathematics, Professor; e-mail: plasmadust@yandex.ru

Dzlieva Elena Soslanovna — Senior Researcher; e-mail: plasmadust@yandex.ru Erm,olenko Maksim Anatolievich — Candidate of Physics and Mathematics; e-mail: plasmadust@yandex.ru

Ivanov Artem. Yurevitch — Assistant Professor; e-mail: artyom_ivanov@hotbox.ru