塵埃等離子體中靜電波的研究.pdf

1、塵埃等離子體物理是最近二十年里才發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。特別是最近十年，塵埃等離子體研究得到了空前的進(jìn)展。對(duì)塵埃等離子體中傳播的靜電波的研究是這個(gè)領(lǐng)域里的重要基礎(chǔ)研究之一。等離子體的一些基本性質(zhì)可以通過對(duì)它的研究得到。另外對(duì)塵埃等離子體中靜電波的研究有助于我們對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析。隨著塵埃等離子體晶格在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)現(xiàn)，為塵埃等離子體研究開辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域。它屬于強(qiáng)耦合系統(tǒng)。由于它在實(shí)驗(yàn)室中操作簡(jiǎn)單，易于觀察，所以為研究相變以及固體的一些

2、性質(zhì)提供了一個(gè)非常好的“宏觀”模型。塵埃等離子體晶格中的格點(diǎn)波是典型的靜電波。塵埃等離子體中靜電波的研究可以得到等離子體的一些關(guān)鍵參數(shù)，已成為等離子體診斷的一個(gè)重要手段。 本文對(duì)塵埃等離子體中的靜電波(包括格點(diǎn)波)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在第一章，我們對(duì)塵埃等離子體做一概述，包括塵埃等離子體的概念，它的存在，它的研究方法，以及塵埃等離子體中波的簡(jiǎn)介。 在第二章，采用多流體力學(xué)模型對(duì)在均勻外磁場(chǎng)下的塵埃等離子體中的靜電波進(jìn)行研究

3、。在一般實(shí)驗(yàn)室條件下，電子和離子很容易被磁化，而塵埃粒子由于其荷質(zhì)比比較小而很難被磁化，所以在本文中提出了“適度磁化”的概念，即電子和離子是磁化的，而塵埃粒子是非磁化的。推導(dǎo)出了其中靜電波模的色散關(guān)系，并在不同頻率范圍對(duì)它進(jìn)行討論，除了已知的一些波模，還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的頻率非常低的波模。 在第二章的基礎(chǔ)上，第三章考慮了中性氣體的阻尼和離子對(duì)塵埃粒子的拖拽力作用，對(duì)在均勻外磁場(chǎng)中的塵埃等離子體中的靜電波和不穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)中頻

4、和低頻的波模是衰減的。 在第四章，考慮到塵埃粒子的實(shí)際尺寸大小，對(duì)一維塵埃等離子體晶格鏈中的晶格波進(jìn)行了研究。塵埃粒子懸浮在鞘層中，在那里由于電場(chǎng)和離子流的存在，在粒子表面的電荷分布是不均勻的，所以把塵埃粒子除了看作一個(gè)點(diǎn)電荷以外，還必須加上一個(gè)偶極矩用以體現(xiàn)這個(gè)不均勻性。先推導(dǎo)出其中縱波和橫波的色散關(guān)系，將波分自激發(fā)和外部激發(fā)兩種情況對(duì)其分別進(jìn)行了討論。發(fā)現(xiàn)晶格波受到偶極矩方向的影響很大，這為準(zhǔn)確求出等離子體參數(shù)提供了幫助。

5、 在第五章，對(duì)二維單層等離子體晶格中豎直方向上的橫波的各向異性進(jìn)行了研究。由于它受到外界在豎直方向上的約束，它和水平方向上的橫波有所不同。另外，對(duì)偶極矩對(duì)二維單層晶格中豎直方向上振動(dòng)的晶格波的影響也進(jìn)行了定性的研究。發(fā)現(xiàn)偶極矩方向的影響也是一個(gè)重要因素，這和第三章中一維晶格鏈中的水平橫波的結(jié)果很相似。這是因?yàn)樵谝痪S晶格鏈中，粒子在水平方向上也受到外界約束力的作用的結(jié)果。這些結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)研究，特別是參數(shù)測(cè)定，有著一定的指導(dǎo)意義。