Курсовая работа (т): Пилова плазма

Рис. 5 - Конусоподібна структура пилових монодисперсних частинок із полімеру в неоні при тиску 0,5 х 105 Па (а), бінарна кореляційна функція для центральної частини структури (б)

В експериментах з бета-активним джерелом замість шару речовини поділу каліфорнія-252 для створення ядерно-збудженої плазми користувалися частинки двоокису церію, які активувалися в ядерному реакторі Обнінської атомної станції. Інтенсивність бета-розпаду в експериментальній колбі становила приблизно 109 поділок/с, що відповідало виходу швидких електронів з однієї частинки СеО2 в 0.1 поділок/с. У таких умовах теж формуються впорядковані структури рідинного типу.

Впорядковані структури в високочастотному індукційному розряді. На відміну від високочастотного ємнісного розряду і стратифіційованного тліючого розряду, високочастотний індукційний розряд - безелектродний. Це особливість досить приваблива з точки зору як ряду технологічних додатків, так і проведення фундаментальних досліджень, оскільки дає можливість отримувати плазмові утворення різної конфігурації. У разі високочастотного індукційного розряду можна було очікувати левітації не тільки окремих заряджених макрочастинок, а й складаються з них ансамблів в області між однорідної квазинейтральной плазмою і стінкою, що обмежує плазмовий об'єм, або нейтральним газом, оточуючим плазму.

Вперше експериментальне вивчення структур макрочастинок у високочастотному розряді індукціонного типу було виконано в 1998 р. [23]. Експерименти проводилися при двох конфігураціях електродів, збуджуючих розряд, - кільцевому і плоскому, і з двома типами частинок - монодисперсними полімерними діаметром 1.87 мкм і з полідисперсними частинками з двоокису цезія, розмір яких 0.6-5 мкм. Джерелом високочастотної потужності служили генератори з частотою 27 і 100 МГц. Розряд створювався в різних інертних газах (неон, гелій) при тиску від декількох паскалів до декількох сотень. Система спостереження частинок включала діодний лазер і відеокамеру.

В експериментах з кільцевим електродом розряд збуджувався в циліндричних стекляних трубках. Залежно від тиску і вкладається потужності наблюдалися: стійкі структури, структури з коливальним рухом частинок, структури з регулярними (типу конвективних) потоками. При використанні плоского електрода розряд зажигався в циліндричній колбі, наповненій неоном. Її бічні стінки не контактували з плазмовим освітою. Частинки зависали над дном колби і формували впорядковану структуру при тиску понад 100 Па. На рис. 6, а зображено горизонтальний переріз структури. В її вертикальному перетині виявлено ряд шарів товщиною кілька міліметрів. Судячи з розподілу частинок (рис. 6, б), отримана кристалічна структура - "плазмовий кристал".

Рис. 6 - Зображення в горизонтальній площині впорядкованих структур при тиску неону 120 Па (а) і відповідна функція розподілу частинок

ВИСНОВКИ

Останнім часом підвищений інтерес до вивчення властивостей пилової плазми пов'язаний з широким використанням технологій плазмового напилення і травлення в мікроелектроніці, а також з виробництвом тонких плівок і наночастинок. Наявність частинок в плазмі не лише призводить до забруднення поверхні напівпровідникового елементу, а значить, і до збільшення виходу дефектних елементів, а й обурює плазму, часто непередбачуваним чином. Зменшення або запобігання цих негативних ефектів неможливе без розуміння процесів утворення і росту конденсованих частинок в газорозрядній плазмі, механізму їх перенесення і впливу на властивості розряду.

Плазмові кристали володіють рядом унікальних властивостей: простотою отримання, спостереження і контролю за параметрами, а також малими часом релаксації до рівноваги і відгуку на зовнішні обурення. Пилові частинки в плазмі зазвичай можуть спостерігатися неозброєним оком або за допомогою найпростішої відеотехніки, що дозволяє проводити вимірювання на кінетичному рівні, зокрема отримувати функцію розподілу пилових частинок за координатами та імпульсом. Завдяки цьому відкривається можливість детального дослідження процесів фазових переходів, низькочастотних коливань у пиловий плазмі, а також реалізації принципово нових методів діагностики параметрів пилових частинок і навколишньої плазми. Важливий аналіз дислокацій дефектів решітки, термодинаміки решітки з дефектами і за їх відсутності, взаємодії з лазерним випромінюванням, коливань і хвиль в упорядкованих структурах, резонансних явищ. Результати таких досліджень можуть використовуватися для моделювання атомарних або молекулярних металів.

Структури макрочастинок в плазмі можуть бути потужним інструментів дослідження не тільки фундаментальних, але і прикладних проблем, пов'язаних, наприклад, з видаленням частинок при виробництві мікросхем. Можуть знайти комерційне застосування контрольоване (за допомогою ультрафіолетового випромінювання) осадження зважених в плазмі частинок на підкладку, тобто створення покриттів з метою одержання матеріалів з особливими властивостями, в тому числі пористих і композитних; формування частинок з багатошаровим покриттям з матеріалів з різними властивостями; електричні батареї і лазери, робочим тілом в яких є аерозоль частинки з радіоактивного речовини.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. U.de Angelis. The physics of dusty plasmas //Physica Scripta. 1992, vol. 45, p.465-474.

. O. Havnes, J. Troim, T. Blix, W. Mortensen, L.I. Naesheim, E. Thrane, and T. Tonnesen. First detection of charged dust particles in the earth's mesosphere //J. Geophys. Res-Space. Phys. 1996, vol.101(A5), p.10839-10847.

. L. Boufendi, A. Plain, J. Blondeau, A. Bouchoule, and C. Laure M. Toogood. Measurements of particle size kinetics from nanometer to micrometer scale in a low-pressure argon-silan radio-frequency dis-charge //Appl. Phys. Lett. 1992, vol.60, p.169-171.

. D. Samsonov, J. Goree. Instabilities in a dusty plasma with ion drug and ionization // Phys. Rev.1999, vol.59, #1, p. 1047 - 1058.

. J. Goree, G.E. Morfill, V.N. Tsytovich, S.V. Vladimirov. Theoty of dust voids in plasmas //Phys.Rev.E. 1999, vol.59, #6, p.7055-7067.

. B.M. Annaratone, S.A. Khrapak, P. Bryant, G.E.Morfill at al. Complex-plasma boundaries//Phys. Rev.E. 2002, vol. 66, 056411.

. T. Nitter. Levitationof dust in rf and dc glow dis-charges //Plasma Sources Sci. Technol. 1996, vol.5, p.93-111.

. Д. Поттер. Вычислительные методы в физике. М.: “Мир”, 1977, с.394.

. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992. 536 С.

. Голант В. Е., Жилинский А. П., Сахаров С. А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977. 398 С.

. Чен Ф. Введение в физику плазмы, М.: Мир, 1987. 400 С. К частиII:

. Dusty plasmas. Edited by Andre Boushoule. Orlean, 1999. 408 P.

. P.K.Shukla, A.A.Mamun, Introduction to Dusty PlasmaPhysics, IoP Publishing, London, 2002, P.271.

. Цытович В.Н. Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака.// УФН.1997. Т.167. С. 57 - 99.

. Материалы семинаров-школ молодых ученых, студентов и аспирантов. Под ред. Хахаева А.Д., Петрозаводск, 2004. Т.1. 290С.

. Материалы лекций школ по физике низкотемпературной плазмы. Под ред. Хахаева А.Д., Петрозаводск, 2001. 360С.

. Sodha M.S., Guha S. Physics of colloidal plasmas // Adv. Plasma Phys. 1971. V. 4. P. 219.

. Фортов В.Е., Якубов И.Т. Неидеальная плазма. М.: Энергоатомиздат, 1994. С. 282.

. Ichimaru S. Strongly coupled plasmas: high-density classical plasmas and degenerate electron liquids // Rev. Mod. Phys. 1982. V. 54. P. 1017.

. Ikezi H. Coulomb solid of small particles in plasmas // Phys. Fluids. 1986. V. 29. № 6.

. Chu J.H., I Lin. Direct observation of Coulomb crystals and liquids in strongly coupled rf dusty plasmas // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. № 25.

. Thomas H., Morfill G.E., Demmel V. et al. Plasma crystal: Coulomb crystallization in a dusty plasma // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 73. № 5.

. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко H.A. Высокочастотный емкостный разряд. М.: МФТИ и Наука, 1995.

. Fortov V.Е., Nefedov A.P., Petrov O.F. et al Particle Ordered Structures in a Strongly Coupled Classical Thermal Plasma // Phys. Rev. E. 1996. V. 54. R2236-2239.

. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.

. Фортов В.Е., Нефедов А.П., Торчинский В.М. и др. Кристаллизация пылевой плазмы в положительном столбе тлеющего разряда // Письма в ЖЭТФ. 1996. Т. 64. Вып. 2.

. Fortov V.E., Nefedov A.P., Torchinsky V.M. et al. Crystalline structures of strongly coupled dusty plasmas in dc glow discharge strata // Phys. Lett. A. 1997. V. 229. P. 317-322.

. Нефедов А.П., Петров О.Ф., Фортов В.Е. Кристаллические структуры в плазме с сильным взаимодействием макрочастиц // Успехи физ. наук. Т. 167. №11.

. Fortov V.E., Molotkov V.I., Nefedov A.P., Petrov O.F. Liquid- and crystallike structures in strongly coupled dusty plasmas // Physics of Plasmas. 1999. V. 6. № 5.

. Молотков В.И., Нефедов А.П., Торчинский В.М. и др. Пылезвуковые волны в плазме тлеющего разряда постоянного тока // ЖЭТФ. 1999. Т. 116. Вып. 3 (9).

. Фортов В.Е., Нефедов А.П., Ваулина О.С. и др. Пылевая плазма, индуцированная солнечным излучением, в условиях микрогравитации: эксперимент на борту орбитальной станции "Мир" // ЖЭТФ. 1998. Т. 114. Вып. 6 (12).