【摘要】：塵埃等離子體是等離子體和帶電塵埃顆粒共同存在、相互作用的產物。它不僅在空間等離子體、等離子體處理技術、生物系統(tǒng)、凝聚態(tài)物質等方面有所應用,而且是研究納米流體、相變以及傳輸過程等的理想模型。由于塵埃等離子體中的塵埃粒子帶有大量的電荷,其表現(xiàn)出了許多的集體效應,例如:渦流、波和振蕩。盡管渦流現(xiàn)象在一些研究中已經被發(fā)現(xiàn),但是,這些渦流的產生是在微重力條件下或者有外加磁場的情況,且多為雙渦流,其形成機制仍不明確。針對于此,我們設計了不對稱鋸齒射頻容性輝光放電裝置,首次在水平面上獲得了二維單渦流,該渦流沿鋸齒的長邊方向做定向旋轉。通過實驗研究發(fā)現(xiàn):1)非對稱鋸齒中塵埃粒子的分布和運動與氣體壓力、放電功率和塵埃粒子數等有關,給出了渦流旋轉速度隨控制參數的定量曲線;2)通過對比實驗,發(fā)現(xiàn)鋸齒結構的非對稱性對渦流的旋轉起著重要作用。進一步,通過理論分析發(fā)現(xiàn),由于系統(tǒng)的不對稱性,局部離子流和等離子體鞘層電場產生的合力具有非零的旋度,從而使得渦旋實現(xiàn)持續(xù)旋轉。同時,我們利用分子動力學對鋸齒中塵埃渦流在水平面上的定向旋轉運動進行了數值模擬,模擬結果與實驗結果吻合較好。此外,我還通過實驗研究了塵埃顆粒之間非相互的作用。在玻璃圓環(huán)約束條件下,當塵埃顆粒數較多時,塵埃子系統(tǒng)在豎直方向上呈現(xiàn)兩層分布。我們觀察到上下相鄰兩層的塵埃粒子以塵埃分子的形式存在。通過使用高空間分辨率的測量,研究了塵埃分子的形成和分離。塵埃分子速度相關運算結果表明,當上下兩個塵埃粒子之間的距離小于臨界距離時,這兩個塵埃粒子會以塵埃分子的形式存在,下面的塵埃粒子會跟隨上面的塵埃粒子運動,表現(xiàn)出協(xié)同運動。當它們之間的距離大于臨界距離時,塵埃分子會分離,分離后的塵埃粒子有可能和其相鄰顆粒形成新的塵埃分子。塵埃顆粒相互作用以及集體效應的研究對深入理解塵埃等離子體動力學具有重要意義。
【圖文】：

圖 1-1 塵埃等離子體的存在：其中（a）是宇宙中的塵埃等離子體，摘自百度圖片；（b）是 Seiwyn等人第一次在射頻放電實驗中，在基片表面觀察到的塵埃粒子，摘自文獻 24；（c）是我們在塵埃等離子體實驗中拍攝的塵埃粒子，摘自文獻 43.塵埃等離子體的存在可謂天地之間[9-16]，例如：宇宙空間（星際空間，行星環(huán)，彗星尾，地球大氣層……），半導體工業(yè)領域，以及聚變等實驗。如圖 1-1 所示，給出了不同環(huán)境下一些塵埃等離子體存在的照片。在這里，對塵埃等離子體里包含的塵埃粒子,是需要做一下特別說明。首先，對塵埃粒子的來源：可以分為自發(fā)產生和人為產生，也就是說，在一些塵埃等離子體中，塵埃粒子是與生俱來的，，即等離子體放電過程中自發(fā)產生塵埃粒子，例如圖 1-1（b）中的塵埃粒子為放電過程中放電室內的一些氣體發(fā)生化學反應產生[16-18]。而有些塵埃等離子體中的塵埃粒子是人為的向等離子體系統(tǒng)撒入的外來顆粒，如圖 1-1（c）中的塵埃粒子是我們在放電產生等離子體后撒入的已知顆粒物。其次，塵埃粒子的帶電性：塵埃粒子源于和等離子體中的電子和離子碰撞，紫外輻射光電子發(fā)射，離子濺射，二次電子發(fā)射等過程而帶電，其帶電性可以為正電，也可以為負

河北大學理學碩士學位論文第三章 不對稱鋸齒中塵埃渦流的旋轉研究對于塵埃等離子體中塵埃粒子的研究，人們首先考慮到的就是通過外力（例如：激光推動，探針擾動，外加磁場…….）作用，觀察塵埃粒子在等離子體中會出現(xiàn)怎樣的的現(xiàn)象或者運動。在這些不同方式的作用下，類似各個行星繞太陽運動或者龍卷風這樣的渦流運動、塵�？斩�、塵埃晶格、塵埃波等眾多富含物理機制的現(xiàn)象在塵埃等離子體中出現(xiàn)。本文不同于以上作用方式，而是利用非對稱的鋸齒結構約束塵埃粒子。3.1 實驗結果
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O53

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本文編號：2623138