非均勻碰撞對塵埃離子聲波的影響及雙等離子體裝置中狀態(tài)的診斷.pdf

1、該論文分為理論和實驗兩部分.理論部分主要是探討非均勻塵埃等離子體中離子和塵埃顆粒的非均勻碰撞效應對塵埃離子聲波傳播的影響,這里所考慮的狀態(tài)是密度不均勻性,忽略塵埃電荷漲落情況下一種特殊的情況:電子與離子的密度比值一定,也就是電子占負電荷的份額為常數(shù),這種情況下電子、離子、塵埃顆粒的密度按同一規(guī)律在空間的分布,并且由塵埃帶電方程可知顆粒的電荷數(shù)為常數(shù).與均勻情況不同的是非均勻情況下碰撞頻率不是常數(shù),是隨空間坐標變化的,因為離子-塵埃碰撞頻

2、率與塵埃密度成正比.理論研究表明,塵埃離子聲波的相對幅度與未擾動狀態(tài)下的離子密度的平方根成反比,而碰撞作用總是使波阻尼,但是因為碰撞頻率是非均勻的,阻尼作用不是單調的指數(shù)衰減.當波沿密度增加方向傳播時,密度不均勻性使波的相對幅度沿傳播方向減少,與此同時,碰撞阻尼也使波幅度降低,因此波沿密度增加方向傳播時其相對幅度是單調衰減的.當波沿密度降低方向傳播時,密度不均勻性使波的相對幅度越來越大,而碰撞碰撞效應使波幅度變小,但由于碰撞頻率沿波傳播

3、方向越來越小,則阻尼效應越來越弱,因此在一定條件下,密度不均勻性和非均勻碰撞效應相互競爭的結果可以導致塵埃離子聲波沿密度降低方向傳播時其相對幅度呈現(xiàn)先衰減后增長的分布.此外對于密度為指數(shù)分布的不均勻性,無論沿哪個方向傳播波的相速度總是增大的.在得到上述理論結果基礎上,我們希望在雙等離子體裝置中實驗驗證理論結果.該論文的實驗部分就是做了實驗的前期工作——雙等離子體裝置中等離子體狀態(tài)的診斷.利用靜電單探針、雙探針、馬赫探針,以及利用離子聲波

4、的相速度對非均勻等離子體的電子溫度、密度、空間電位、以及等離子體流速等參數(shù)的空間分布進行了診斷.實驗結果顯示:(1)氣壓對電子溫度的影響較大,氣壓越大,電子溫度越小.(2)電子的溫度沿軸向和徑向分布都是幾乎不變的.(3)電子和離子的密度沿軸向分布從源區(qū)到實驗區(qū)是不斷減小的,但沿徑向分布大體不變.(4)等離子體的宏觀流速、離子聲速和馬赫數(shù)在實驗誤差范圍內幾乎不隨空間變化.在通常的直流放電條件下,電子溫度大約在一兩個電子伏特的范圍,等離子體