Cтраница 2
Структуры из частиц АЬОз размером 3 - 5 микрон и полидисперсных частиц МдО размером 5 - 20 микрон исследовались в тлеющем разряде в воздухе. Так как длительность импульсов напряжения очень мала, то за время воздействия импульсного электрического поля смещение частиц в структуре пренебрежимо мало по сравнению со средним расстоянием между частицами. При импульсно-периодическом воздействии с частотой около 10 Гц порядок в структуре нарушался, а при большей частоте частицы разбегались по всему объему и начинали хаотически двигаться с большими скоростями. После снятия наносекундного напряжения частицы в течение нескольких секунд собираются в страте. Число частиц в новой структуре всегда превышало начальное, что связано с увлечением большего числа частиц в процесс построения. Количество возвращающихся частиц растет с ростом интенсивности воздействия. Если их количество было слишком велико, то частицы удерживались в страте, но не выстраивались в упорядоченную структуру, при этом вид пылевого образования напоминал кипящую жидкость с хаотически двигающимися частицами. В этом случае наносекундные импульсы подавались на кольца помещенные снаружи разрядной трубки, либо на пластины расположенные вдоль длины трубки. При таком воздействии на устойчивый пылевой кристалл динамика его разрушения и хаотизации носит плавный характер. При этом число частиц, вовлеченных в процесс, не превышало первоначального значения числа частиц, вовлеченных в построение кристалла в страте, что всегда приводило к быстрому ( секунды) построению кристалла после снятия воздействия, где форма восстановления и количество частиц в кристалле точно соответствовало изначальному состоянию. Образование четкой пространственной структуры происходит, как правило, когда в страте сначала выстраивается несколько частиц, а затем к ним последовательно подстраиваются остальные. Они локализуются в невозмущенном поле страты и выстраиваются в ее потенциальной яме. При постепенном увеличении числа пылевых частиц они последовательно заполняют весь объем страты. В результате образуется пространственно упорядоченная структура, коллективное поле которой является суперпозицией электрического поля страты и пространственных полей отдельных пылевых частиц. Добавление нескольких частиц слабо искажает это коллективное поле, и они достраиваются к структуре. Пространственный порядок расположения частиц в уже образовавшейся плазменно-пылевой структуре определяется кулоновскими силами, несмотря на то, что радиус экранирования Дебая, рассчитанный по параметрам фоновой плазмы, в несколько раз меньше расстояния между частицами. Поскольку кооперативное поле пылевой структуры по величине соизмеримо с полем страты, то если в страту ввести сразу много хаотически движущихся пылевых частиц, среднее поле которых сильно флуктуирует и искажает локальное поле в страте, то упорядоченные стабильные структуры не образуются. При этом частицы хотя и удерживаются в страте, но хаотически перемещаются по всему ее объему. Когда столб тлеющего разряда не стратифицирован, либо разряд горит в режиме быстро двигающихся страт, инжекция частиц в разряд приводит к их распределению вдоль всего столба разряда. Частицы в этом случае хаотизированы, мелкие имеют преимущественное направленное движение вверх по столбу, а крупные соответственно вниз по направлению гравитационного поля. Воздействие наносекундным емкостным разрядом приводит к стабилизации частиц, уменьшению скорости их движения и при дальнейшем увеличении частоты следования импульсов к зависанию частиц в области воздействия, но при этом образования упорядоченной структуры не происходит. Разрушение структуры и разбегание частиц при наносекундном воздействии связано, в первую очередь, с увеличением их заряда. Высоковольтные наносекундные импульсы нарабатывают в плазме достаточно много высокоэнергетичных электронов с энергией в сотни эВ, которые быстро увеличивают заряд пылевых частиц, который пропорционален энергии электронов. Нейтрализация избыточного отрицательного заряда происходит намного медленнее, поскольку она определяется потоком ионов. В результате действия этого избыточного заряда происходит их кулоновское расталкивание. Хаотизация происходит постепенно от импульса к импульсу. Если за время между импульсами система пылевых частиц не успевает полностью вернуться к первоначальному упорядоченному состоянию, а это время зависит от величины разрушения структуры и составляет несколько секунд при полной хаотизации, то структура разваливается, что и наблюдается в эксперименте. [16]