数值研究尘埃等离子体斑图的演化
尘埃等离子体中，尘埃颗粒悬浮在等离子体鞘中形成尘埃云，尘埃云不均匀分布的现象称为尘埃斑图。在电容耦合射频放电尘埃等离子体实验中观察到的两类主要的尘埃斑图，一是尘埃颗粒生长早期尘埃云中出现的圆形尘埃空洞、环形尘埃空洞和环形与圆形共存的尘埃空洞，二是埃颗粒生长后期形成的尘埃晶体。本文将数值研究尘埃空洞的产生和演化机理以及离子流对单层尘埃晶体结构的影响。 在柱坐标系下，基于已有的自洽非线性模型，发展出了考虑电离作用的模型，通过离子连续性方程计算了离子数密度。结果表明，空洞的形成对电离率有阈值要求，只有当电离率达到一定值，稳定的空洞才能出现，当电离率很大时，无法形成稳定的空洞。随着电离率的增大，圆形空洞的半径减小，圆形空洞达到稳态所用的时间减少。环形空洞可能是由于离子在距离系统中心较远的位置聚集形成正电中心，进而引起不稳定性发展而形成的。基于此假设，数值仿真出了环形空洞以及圆形与环形共存的空洞。仿真结果能定性的解释实验现象。 通过郎之万分子动力学仿真方法，用Yukawa/point-wake模型描述了在竖直向下的离子流中尘埃颗粒间的粒子-粒子相互作用和粒子-尾迹相互作用，研究了离子流对单层尘埃晶体结构的影响。仿真分别在大小两个尘埃颗粒系统（分别为400和100颗尘埃颗粒）中进行，分析了尘埃颗粒在竖直和水平两个方向的分布。结果表明，尘埃颗粒偏离初始的竖直平衡位置向下移动，单层尘埃晶体是准二维的，呈现出“碗”状结构。在水平方向，大系统中尘埃颗粒分布比较紧密，表现出比较有序的结构，小系统中尘埃颗粒分布相对稀疏，仅在特定离子流条件下出现有序的结构。尾迹电荷量比尾迹-粒子间距离对晶体结构的影响强。
尘埃等离子体;斑图演化;离子流;晶体结构
北京化工大学
硕士
物理学
陈朝阳
2019
中文
O531
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）