ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МИКРОЧАСТИЦ В СТРАТЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА В СКРЕЩЕННОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЕ

В данной работе экспериментально исследовано поведение заряженных пылевых частиц микронного размера в страте тлеющего разряда постоянного тока при низком давлении в скрещенном магнитном и электрическом поле. Эксперимент проводился в вертикально ориентированной газоразрядной стеклянной трубке. Однородное магнитное поле создавалось с помощью двухсекционной катушки Гельмгольца. Результаты показали, что с увеличением индукции магнитного поля пылевые частицы микронного размера движутся в направлении, противоположном дрейфу ExB. При достижении индукцией порогового значения (B>10 мТл) пылевые частицы начинают вращаться и формировать противовращающиеся вихревые пары в горизонтальной плоскости. Также было замечено, что форма пылевых структур меняется от диска до эллипсоида. Для анализа динамического поведения пылевых вихрей был использован метод PIV (particle image velocimetry), и возникновение сонаправленного вращения вихрей было объяснено градиентом заряда пылевых частиц, который ортогонален силе ионного сопротивления.

1. Bonitz M., Henning C., Block D. Complex plasmas: a laboratory for strong correlations // Reports on Progress in Physics, 2010, vol.73, p.066501.

2. Rao N.N., Shukla P.K., Yu, M.Y. Dust-acoustic waves in dusty plasmas // Planetary and Space Science, 1990, vol.38, p.543–546.

3. Kählert H. Ion-dust streaming instability with non-maxwellian ions // Physics of Plasmas, 2015, vol.22, p.073703.

4. Ludwig P., Jung H., Kählert H., Joost, J.-P. Greiner, F. Moldabekov Zh. A., Carstensen J., Sundar S., Bonitz M., Piel, A. Non-maxwellian and magnetic field effects in complex plasma wakes // EPJ D, 2017, vol.52, p.124004.

5. Abraham J. W., Hinz A., Strunskus T., Faupel F., Bonitz M. Formation of polymer-based nanoparticles and nanocomposites by plasma-assisted deposition methods // The European Physical Journal D, 2018, vol. 72.

6. Vignitchouk L., Ratynskaia S., Tolias P., Pitts R.A., Temmerman G. De, Lehnen M., Kiramov D. Accumulation of beryllium dust in ITER diagnostic ports after off-normal events // Nuclear Materials and Energy, 2019, vol.20, p.100684.

7. Bastykova N.K., Donkó Z., Kodanova S.K., Ramazanov T.S., Moldabekov Z.A. Manipulation of dusty plasma properties via driving voltage waveform tailoring in a capacitive radiofrequency discharge // IEEE Transactions on Plasma Science, 2016, vol.44, p. 545–548.

8. Melzer A. Laser manipulation of particles in dusty plasmas // Plasma Sources Science and Technology, 2001, vol.10, p. 303–310.

9. Jaiswal S., Hall T., LeBlanc S., Mukherjee R., Thomas E. Effect of magneticfield on the phase transition in a dusty plasma // Physics of Plasmas, 2017, vol.24, p.113703.

10. Abdirakhmanov A.R., Moldabekov Z.A., Kodanova S.K., Dosbolayev M.K., Ramazanov T.S. Rotation of dust structures in a magnetic field in a dc glow discharge // IEEE Transactions on Plasma Science, 2019, vol.47, p. 3036–3040.

11. Melzer A., Puttscher M. Transverse forces on dust particles in a magnetized sheath with crossed electric and magnetic fields // Physics of Plasmas, 2017, vol. 24, p. 053701.

12. Puttscher M., Melzer A. Dust particles under the influence of crossed electric and magnetic fields in the sheath of an rf discharge // Physics of Plasmas, 2014, vol.21, p.123704.

13. Mazouffre S. Electric propulsion for satellites and spacecraft: established technologies and novel aproaches // Plasma Sources Science and Technology, 2016, vol.25, p.123.

14. Fujiyama H., Kawasaki H., Yang S.C. and Matsuda Y. Dynamics of Silicon Particles in DC Silane Plasmas Transported by a Modulated Magnetic Field // Jpn. J. App. Phys, 1994, vol.33. p. 4216-4220.

15. M. Choudhary, S. Mukherjee, P. Bandyopadhyay. Collective dynamics of large aspect ratio dusty plasma in an inhomogeneous plasma background: Formation of the co-rotating vortex series // Phys. Plasmas, 2018, vol.25, p.023704.

16. M. Choudhary, R. Bergert, S. Mitic, M. Thoma. Three-dimensional dusty plasma in a strong magnetic field: Observation of rotating dust tori // Phys. Plasmas, 2020, vol.27, p.063701.

17. C. Dai, C. Song, X. Guo, W. Sun, Z. Guo, F. Liu, F. He. Rotation of dust vortex in a metal saw structure in dusty plasma // Plasma Sci. Technol, 2020, vol.22, p.034008.