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

摘要

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,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,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.在第五章,利用二维磁化射频鞘层模型,研究了二维尘埃晶格在磁化鞘层中的形成及旋转.在第六章,建立了二维尘埃等离子体的流体动力学模型,对最近在二维尘埃晶格实验中观察到的由移动激光束产生的

目录

文摘

英文文摘

独创性说明

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‖FL时

6.3.2当v⊥FL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

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