稠密尘埃等离子体中的波模型

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1、稠密尘埃等离子体中的波现象摘要尘埃等离子体物理是近十年里等离子体学科中一个活跃的分支领域之一,带电尘埃广泛存在于空间等离子体、实验室聚变装置、低温等离子体工业应用等众多不同的环境中,并且呈现出相同或相似的性质.这是一种部分或完全电离的等离子体,其基本成分除了电子和离子外,还有(通常)带负电的、且电荷不是常数的微粒.带电颗粒有着与电子和离子完全不同的动力学行为,其与等离子体的相互作用呈现出许多新的物理现象.文章介绍了稠密尘埃等离子体中的波的一些现象,尘埃带电机制，给出了电子流，粒子流，尘埃颗粒流的方程，和一个尘

2、埃带电方程，同时简单介绍了方程中的一些项的来源与它的意义。关键词　　带电尘埃,稠密尘埃等离子体1波的现象　　　我们把里面分散着尘埃颗粒的完全或部分电离的电子-离子等离子体叫尘埃等离子体，尘埃颗粒一般在微米到亚微米大小，它们的质量在克。在实验室等离子体中，由于电子和离子的不同的热通量，使尘埃颗粒带有很高的负电势，一般是电子电量的倍。尘埃等离子体支持两中声波模型，即：在包含运动的离子和静态的尘埃颗粒的系统中有高频的（HZ）离子声波模型（IA），而在包括运动的尘埃颗粒的等离子系统中，则有低频（8HZ）的尘埃声波（D

3、AW），这两种模型在实验室中都已经被观察到。这两种波的模型之间的关系和“空洞”的形成有很大的关系。所谓空洞是指在尘埃等离子体中，存在一个厘米级大的区域，在这个区域中完全没有尘埃颗粒，这个区域和尘埃等离子体有着明显的界限，并且我们发现几乎在任何等离子体条件下，它都会出现。观察者注意到，“空洞”的形成是由于100HZ尘埃密度和辉光调制而成。这种模型通常叫做“调制模型”（FM），这种模型和一种声波模型有关，这种声波模型是在实验室中综合考虑碰撞和电离效应时，所激发的一种波的模型［1］，大部分实验都是考虑了电离，尘埃和

4、离子，尘埃和中性粒子，粒子和中性粒子的碰撞效应以及尘埃电荷的变化量时，声波模型所显示出的特性。王小刚的研究主要关注的是：由于“空洞”的形成而出现的FM。在他的研究中，我们可以看到声波模型的一个有趣的特性：在一定的参范围内，高频波和低频波有一个稳定性的交换，即低频波声波模型获取高频声波模型的增长部分。以前研究表明，在的范围内，由于电离效应，离子声波模型退隐，而低频的DAW通常是被耗散。或者在的领域内又一个微小的增长。然而时，IA和DAW模型振幅重合在一块，对于，我们可以得到一种振幅不断加大的DA模型和振幅增加比

5、较弱或者耗散的IA模型。DA模型的振幅随着波数的增加而迅速增加。这一切都表明在小范围之上，如果能激起一个较宽的波带，且振幅在大幅度增加，这样的话，我们的确就可以看到在实验室中观察到的不稳定性的突然出现。8正如我们以前说的，由于在各种尘埃等离子体参量和尘埃数密度范围变化比较大的范围内，“空洞”的形成是遍布的，在“空洞”实验中，尘埃数密度存在个比值，它是尘埃和离子空间带电密度的比值。估计为，在这一范围内尘埃带电量的还原是很明显的。然而在高密度的尘埃等离子体中，下面的两种效应变得比较重要：ａ：由于尘埃的屏蔽效应的改

6、变引起的效果，在低密度下，（是尘埃颗粒之间的平均距离，是徳拜长度）通过德拜长度的屏蔽机制，尘埃的带电主要由电子和离子屏蔽，在密度比较高时，尘埃颗粒之间挨的比较近，由于其他的颗粒使尘埃带电屏蔽变的比较重要。然而由于尘埃颗粒带电量是一个变量，高密度的尘埃颗粒带电的缩减必须考虑进去。因为这些效应，尘埃带电屏蔽的性质由于其他的尘埃颗粒而不同与由其他颗粒支持的一个颗粒的徳拜屏蔽。ｂ：尘埃密度比较高时，尘埃颗粒带电量变化的效应比较明显。并且和尘埃颗粒带电有关的型模型，即“带电模型”（ＣＭ）是非常重要的。2　尘埃颗粒的荷电

7、性质尘埃等离子体最基本的性质就是颗粒的带电,颗粒上的电荷不是生来俱有的,而是被等离子体中的电子和离子所充电的.颗粒所带的电荷由充电方程决定,其中和分别为电子和离子充电电流.带电机制有很多种,最基本的机制是轨道运动受限的静电探针模型[2].电子、离子由于无规热运动而不断地与尘埃颗粒碰撞,它们在颗粒周围的静电场中作轨道运动,如果碰到颗粒表面就使之带上一个电荷.通常电子的无规热运动速度远大于离子,8因而最先使颗粒带上负电,这样颗粒周围建立的静电场是排斥电子吸引离子的,最终打到颗粒表面的电子电流与离子电流大小相等,颗

8、粒电荷不再增加,达到平衡,这说明通常情况下颗粒带负电.充电电流一般与等离子体密度、温度、流速等参数有关,同时也与尘埃颗粒的大小、形状、质地、数密度有关.如果颗粒尺寸远小于德拜长度,则可近似看作球形点电荷,假如数密度比较小,以至于相邻颗粒的间距远大于德拜长度,则可视为孤立的点电荷.在这种情况下,充电电流有解析表达式,对于半径为r的金属颗粒,其颗粒表面电位与颗粒所带电荷的关系为,其中为等离子体电位.对于