论文题目: 射频鞘层中尘埃粒子的运动过程及尘埃晶格形成机理的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 等离子体物理
作者: 侯璐景
导师: 王友年
关键词: 尘埃等离子体,尘埃晶格,射频鞘层,尾流效应,马赫锥
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 尘埃等离子体是由电子、离子以及一些带电的尘埃颗粒组成的复杂等离子体,它广泛地存在于星际空间以及地球上各种气体放电实验中。研究尘埃等离子体的产生以及它的物理特性不仅对等离子体技术在半导体芯片加工、磁约束核聚变、空间探测等领域的应用有着重要的参考价值,同时它能够揭示等离子体物理学以及其它相关领域中新的物理现象。因而,在最近二十多年里,这一研究领域极大地吸引了众多科学家的兴趣,并成为等离子体物理学乃至整个物理学领域一个研究热点。特别是在气体放电实验室中,尘埃粒子的存在会产生一些令人惊奇的发现,如尘埃晶格的形成、尘埃空洞的形成、外磁场作用下尘埃晶格的旋转、强耦合尘埃等离子体声波、激光束诱导尘埃等离子体中的马赫锥现象等。 本文主要研究在实验室放电条件下射频等离子体鞘层的物理特性、尘埃颗粒在射频等离子体鞘层中的悬浮、充电和运动规律,并揭示尘埃颗粒在鞘层中的非线性振荡、尘埃晶格形成和旋转、马赫锥(波)等现象产生的内在物理机制。 在第一章,简述了尘埃等离子体在自然界中的存在、实验室尘埃等离子体中发生的一些物理现象、以及对这些现象开展的相关理论与实验研究进展等。 在第二章,考虑到在典型的气体实验中带电尘埃颗粒都是悬浮在电极上方的鞘层区域,而且鞘层的物理特性会对尘埃颗粒的运动和尘埃晶格的形成产生重要的影响,所以分别建立了自洽的一维和二维碰撞射频等离子体鞘层模型,以及二维磁化射频等离子体鞘层模型,详细地研究了这些射频鞘层的动力学演化过程,尤其是研究了电极的表面拓扑结构对鞘层电场分布、离子流密度分布的影响,以及E×B引起的环向离子流效应。 在第三章,系统研究了单个尘埃粒子在射频鞘层中的充电、受力、悬浮及运动过程。特别是研究了在扰动探针作用下单个尘埃粒子在射频鞘层中的非线性共振,结果不仅成功地再现了Ivlev等人[Phys.Rev.Lett.,85,4060(2000)]的实验观察,同时还从理论上揭示了尘埃粒子发生倍频共振和迟滞现象的物理原因以及放电气压、扰动探针的参数对这些现象的影响。 在第四章,研究了大量相互作用着的尘埃粒子在射频等离子体鞘层中的悬浮、运动及形成尘埃晶格的过程。首先在二维鞘层模型的基础上,研究了鞘层中由径向约束引起的二维尘埃晶格的形成过程及其结构变化,并发现对于含有少量尘埃粒子的库仑团簇,其结构随着尘埃粒子个数的变化有着明显的周期性。其次进一步分析了穿越鞘层边界的离子流产生的尾流效应与三维尘埃晶格的形成机制,发现尾流效应会在尘埃粒子下方引
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 尘埃等离子体的存在
1.1.1 星际空间中的尘埃等离子体——星际介质
1.1.2 行星的尘埃环
1.1.3 彗星尾
1.1.4 地球大气层中的尘埃等离子体
1.1.5 实验室中的尘埃等离子体
1.2 尘埃等离子体的研究
1.2.1 尘埃等离子体的早期研究
1.2.2 尘埃等离子体研究的分水岭
1.2.3 尘埃等离子体的研究近况
1.3 本文主要研究内容及编排
第二章 射频等离子体鞘层
2.1 射频等离子体鞘层研究进展
2.2 一维碰撞射频鞘层模型
2.2.1 基本模型
2.2.2 边界条件及鞘层等效回路模型
2.2.3 结果与讨论
2.3 二维射频碰撞鞘层模型
2.3.1 基本模型
2.3.2 初始及边界条件
2.3.3 数值模拟
2.3.4 结果与讨论
2.4 二维磁化射频碰撞鞘层模型
2.4.1 基本模型
2.4.2 结果与讨论
2.5 本章小结
第三章 单个尘埃颗粒在鞘层中的充电、受力及运动
3.1 尘埃颗粒在鞘层中的充电
3.2 尘埃颗粒在鞘层中的受力
3.2.1 重力
3.2.2 鞘层电场力
3.2.3 离子拖拽力
3.2.4 中性气体拖拽力
3.3 单个尘埃粒子在射频鞘层中的非线性共振
3.3.1 背景介绍
3.3.2 基本模型
3.3.3 结果与讨论
3.4 本章小结
第四章 尘埃晶格的形成
4.1 强耦合(尘埃)等离子体背景介绍
4.2 射频鞘层中二维尘埃晶格的形成
4.2.1 基本理论
4.2.2 结果与讨论
4.2.3 二维尘埃晶格的形成小结
4.3 尾流效应与三维尘埃晶格的形成
4.3.1 均匀等离子体流中的尾流效应
4.3.2 鞘层非均匀性对尾流效应的影响
4.3.3 尾流对两个竖直排列的尘埃粒子的作用
4.4 本章小结
第五章 二维尘埃晶格在磁场作用下的旋转
5.1 背景介绍
5.2 基本模型
5.3 结果及讨论
5.4 本章小结
第六章 二维尘埃晶格中激光诱导马赫锥的理论研究
6.1 背景介绍
6.2 基本模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 当v‖F_L时
6.3.2当v⊥F_L时
6.4 本章小结
第七章 入射带电粒子与二维尘埃等离子体的相互作用
7.1 背景介绍
7.2 入射粒子与二维弱耦合尘埃等离子体的相互作用
7.2.1 基本理论
7.2.2 结果讨论
7.3 入射粒子与二维强耦合尘埃等离子体的相互作用
7.3.1 基本模型
7.3.2 结果讨论
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 本文主要结论
8.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
创新点摘要
致谢
附录A 库仑结晶的布朗运动法模拟
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-07-04
参考文献
- [1].等离子体源离子注入及辉光放电过程中脉冲鞘层动力学研究[D]. 刘成森.大连理工大学2005
- [2].低温等离子体应用中的几个理论问题[D]. 孙爱萍.核工业西南物理研究院2000
- [3].等离子体源离子注入材料表面改性及其机理研究[D]. 孙牧.中国科学院研究生院（物理研究所）1997
- [4].等离子体鞘层及尘埃在鞘层中的特性研究[D]. 段萍.大连理工大学2007
- [5].双频容性耦合等离子体物理特性的混合模拟[D]. 王帅.大连理工大学2008
- [6].动态鞘层长探针检测及保形增强沉积工艺初步探索[D]. 武洪臣.大连理工大学2009
- [7].弱碰撞等离子体中金属栅网附近稳态鞘和预鞘的实验诊断与数值模拟[D]. 李毅人.中国科学技术大学2011
- [8].等离子体浸没离子注入系统研制及其相关物理研究[D]. 徐旭.复旦大学2008
- [9].超强激光驱动高能离子的产生、操控及其能量沉积过程研究[D]. 邹德滨.国防科学技术大学2016
- [10].大气压纳秒脉冲放电等离子体数值模拟与实验研究[D]. 杨晨光.华中科技大学2013
相关论文
- [1].电负性尘埃等离子体中尘埃颗粒的振荡、晶格波和稳态尘埃空洞[D]. 甘宝霞.中国科学技术大学2008
- [2].射频及脉冲偏压等离子体鞘层流体动力学模拟[D]. 戴忠玲.大连理工大学2004
- [3].低温等离子体磁鞘特性的研究[D]. 邹秀.大连理工大学2005
- [4].分子离子和离子团簇在稠密等离子体中能量损失和库仑爆炸的理论研究[D]. 王桂秋.大连理工大学2005
- [5].等离子体源离子注入及辉光放电过程中脉冲鞘层动力学研究[D]. 刘成森.大连理工大学2005
- [6].低温等离子体应用中的几个理论问题[D]. 孙爱萍.核工业西南物理研究院2000
- [7].尘埃等离子体中静电波的研究[D]. 王春华.大连理工大学2006
- [8].等离子体鞘层及尘埃在鞘层中的特性研究[D]. 段萍.大连理工大学2007
- [9].射频感应耦合等离子体源的动力学模拟及实验诊断[D]. 毛明.大连理工大学2007
- [10].复杂等离子体中尘埃空洞形成机理的数值研究[D]. 刘悦.大连理工大学2007