Пылевая плазма

Пылевая плазма
Пылевые образования вблизи анода в тлеющем разряде
Пыль, образующаяся при горении тлеющего разряда

Пылевая плазма (комплексная плазма) — ионизированный газ, содержащий пылинки (частицы микронных и субмикронных размеров твёрдого вещества), которые либо самопроизвольно образуются в плазме в результате различных процессов, либо вводятся в плазму извне. Пылевая плазма была впервые экспериментально получена в 20-х годах XX века, предположительно Ирвингом Ленгмюром[1].

Размеры частиц в ней относительно велики — от долей до сотен микрон (рекордом является 200 микрон). Расчёты равновесных свойств пылевой плазмы показывают, что её частицы могут выстраиваться в пространстве определённым образом и образовывать так называемый плазменный кристалл. Плазменный кристалл может плавиться и испаряться. Если частицы пылевой плазмы достаточно велики, то кристалл можно будет увидеть невооружённым глазом.

При охлаждении пылевой плазмы образуется осадок.

Пылевая плазма часто встречается в космосе (туманностях, планетарных кольцах, хвостах комет, а также у искусственных спутников Земли).

Содержание

История

Можно отметить следующие этапы развития представлений о пылевой плазме в хронологическом порядке:

  • 1920е годы — И.Ленгмюр впервые наблюдает пылевую плазму в лабораторных условиях;
  • 1959 год — упорядоченные квазикристаллические структуры заряженных микрочастиц экспериментально реализованы в модифицированной ловушке Пауля;
  • 1986 год — возможность кристаллизации пылевой подсистемы в неравновесной газоразрядной плазме была предсказана Икези;
  • конец 1980х — изучение зарядки пыли, распространения электромагнитных волн, их затухания и неустойчивости применительно к пылевой плазме в космосе;
  • начало 1990х — изучение пылевой плазмы с целью уменьшения или предотвращения негативных эффектов пылевых частиц, образующихся в установках плазменного напыления и травления;
  • 1994 год — группой Института внеземной физики им. М. Планка (Гархинг, Германия) в лабораторных условиях был впервые получен плазменно-пылевой кристалл, который они наблюдали в высокочастотном емкостном разряде;
  • 1996 год — группой Института высоких температур (Москва, Россия) плазменно-пылевой кристалл получен в тлеющем разряде постоянного тока;
  • 1998 год — группой Института высоких температур проведены первые эксперименты с пылевой плазмой в условия микрогравитации, проведенные на борту орбитального комплекса «Мир»;
  • 2001 год — группа Института высоких температур и группа Института внеземной физики им. М. Планка совместно запустили космическую лабораторию «Плазменный кристалл» на Международной космической станции[2][3][4].

Механизм пылевой плазмы

Кулоновское взаимодействие

Пылевые образования наблюдались в разных типах плазмы: газоразрядная плазма, термическая плазма, ядерно-возбуждаемая плазма. Во всех случаях главной причиной образования пылевых структур является электрический заряд. Пылевые частицы заряжаются в плазме по разным причинам в зависимости от типа плазмы. В газоразрядной плазме пылинки, как правило, заряжаются отрицательно в связи с тем, что электроны гораздо подвижней ионов, и их поток на частицу намного больше. Их заряд может быть и положительным из-за ультрафиолетового облучения частиц и, как результат, фотоэлектронной эмиссии с поверхности частицы. В термической плазме заряд частиц может быть и положительным из-за термоэлектронной эмиссии с поверхности частицы, и отрицательным из-за потока электронов на пылинки. В ядерно-возбуждаемой плазме поток электронов тоже может зарядить частицу отрицательно, но вторичная электронная эмиссия может изменить знак заряда на противоположный[5].

Типичный размер пылевых образований в тлеющем разряде

Заряженные частицы, взаимодействуя друг с другом и с электрическими полями в плазме, при определенных условиях зависают в некоторой области, образуя трехмерные пылевые структуры, аналогичные решетчатой структуре кристаллических материалов и характеризуются постоянной решётки, составляющей, в отличие от параметра обычных кристаллов, доли миллиметра, что позволяет наблюдать их невооруженным глазом.

Примечания

  1. Robert L. Merlino Experimental Investigations of Dusty Plasmas  (англ.) (PDF). Department of Physics and Astronomy, The University of Iowa (17 June 2005). — Исторический обзор исследований пылевой плазмы. Архивировано из первоисточника 2 апреля 2012. Проверено 18 июля 2009.
  2. В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак, В. И. Молотков, О. Ф. Петров Пылевая плазма (рус.) // УФН. — 2004. — Т. 174. — С. 495—544.
  3. В. Е. Фортов Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака (рус.) // УФН. — 1997. — Т. 167. — С. 57–99.
  4. Пылевая плазма // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. — М.: Янус-К, 2006. — Т. 1.
  5. В. Е. Фортов Плазменно-пылевые кристаллы и жидкости на Земле и в Космосе (рус.) // Вестник российской академии наук. — 2005. — Т. 75. — № 11. — С. 1012-1027.

Литература

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Пылевая плазма" в других словарях:

  • Плазма (агрегатное состояние) — Плазменная лампа, иллюстрирующая некоторые из наиболее сложных плазменных явлений, включая филаментацию. Свечение плазмы обусловлено переходом электронов из высокоэнергетического состояния в состояние с низкой энергией после рекомбинации с ионами …   Википедия

  • Плазма — У этого термина существуют и другие значения, см. Плазма (значения). Плазменная лампа, иллюстрирующая некоторые из наиболее сложных плазменных явлений, включая филаментацию. Свечение плазмы обусловлено переходом …   Википедия

  • Physics of Plasmas — Обложка первого выпуска журнала Специализация: Физика плазмы Периодичность: ежемесячно Сокращённое название: Phys. Plasmas (PoP) …   Википедия

  • Альтернативная биохимия — У этого термина существуют и другие значения, см. Биохимия (значения). Альтернативная биохимия изучает возможность существования форм жизни, которым свойственны биохимические процессы, полностью отличающихся от возникших на Земле. Обсуждаемые… …   Википедия

  • Электромассклассификатор — Связать? Электромассклассификатор (ЭМК)  класс экологически чистой техники для механической переработки порошковых материалов. Принцип действия основан на обнаруженном в 1985 году В. В. Зыряновым явлении образования в закрытом… …   Википедия

  • Кремниевая жизнь — Альтернативная биохимия изучает возможность существования форм жизни, которым свойственны биохимические процессы, полностью отличающихся от возникших на Земле. Обсуждаемые отличия включают замену углерода в молекулах органических веществ на… …   Википедия

  • Институт внеземной физики общества Макса Планка — Институт внеземной физики имени Макса Планка (нем. Max Planck Institut für extraterrestrische Physik, MPE) был основан в 1963 году как отделение Института астрофизики общества Макса Планка в Мюнхене. В 1991 году он стал самостоятельным.… …   Википедия

  • КОМЕТА — небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы это остатки …   Энциклопедия Кольера

Книги

Другие книги по запросу «Пылевая плазма» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»