尘埃等离子体的研究进展
Title Review of research on dusty plasmas
Abstract
The physics of dusty plasmas has been an active branch of plasmas science in recent years. There have been great interests in the investigations of the physical processes in dusty plasmas because of their applications in the space environment and industrial manufacture as well as in fusion reaction. Dusty plasma is defined as partially or fully ionized plasma consisting of , besides electrons and ions,(usually)negatively charged micro-particles with variable charges. The grains have completely different dynamic behaviors compared with electrons and ions. New phenomena emerge as the result of grain-plasma interactions. This paper describes the basic properties of dusty plasmas as well as the history, main research directions and test methods etc..
Keywords charged dust plasmas
目 次
1 引 言 1
1.1 尘埃等离子体简介 1
1.2 尘埃等离子体的基本研究方法 1
1.3 尘埃等离子体物理的研究近况 2
1.4 本文的主要内容 3
2 尘埃等离子体的基本理论与发展历史 4
2.1 什么是尘埃等离子体4
2.2 尘埃颗粒及其形成5
2.3 尘埃等离子体的特性5
2.4 尘埃等离子体的发展历史6
3 关于尘埃颗粒的研究 9
3.1 尘埃颗粒的荷电性质 9
3.2 尘埃颗粒的形成与生长 11
3.3 尘埃颗粒的受力问题与相互作用 12
4 尘埃等离子体的集体特性 14
4.1 尘埃等离子体晶格 14
4.2 尘埃声波 16
4.3 尘埃空洞 18
5 尘埃等离子体的研究方法 19
5.1 理论研究方法 19
5.2 数值计算和模拟研究 21
5.3 实验研究 21
6 尘埃颗粒的清除或产生 24
6.1 尘埃颗粒污染问题 24
6.2 尘埃等离子体在新材料制备中的作用 26
结论 27
致谢 28
参考文献29
1 引 言
尘埃等离子体物理作为一个新兴的研究领域在近二十年来得到了快速的发展，相关的研究成果和发表文章逐年增多。尘埃颗粒和等离子体的相互作用形成了尘埃等离子体物理，尘埃等离子体广泛存在于宇宙空间、工业生产、加工以及实验室中，可以说只要有等离子体存在的地方，几乎就有尘埃等离子体。对尘埃等离子体的研究已经扩展到了等离子体物理和化学、电离气体、空间物理、天体物理和半导体科学、材料科学等领域[1]。研究尘埃等离子体的产生以及它的各项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。
1.1 尘埃等离子体简介
1973年物理界首次提出了dust plasma（尘埃等离子体）一词，尘埃等离子体可定义为：电子、离子和中性原子组成的等离子体以及“浸”在其中的尘埃颗粒组成的体系。也就是说，尘埃等离子体就是在等离子体中加入了一种新的成分——尘埃颗粒。尘埃颗粒不仅广泛存在于宇宙空间中，如星际物质、地球电离层、行星环和彗星尾部，而且也普遍存在于聚变反应器以及低温等离子体加工装置等环境中。尘埃颗粒表面往往带负电，因此这些带电微粒的存在会改变等离子体中的电磁特性。尘埃颗粒的质量为10-15克到10-2克，大小为几个纳米到几十微米，所带电量为几十到105电子电量。与尘埃等离子体中其它带电粒子相比，尘埃颗粒具有质量较大、所带电量较多且带电量可变等特点。由于尘埃颗粒能吸收离子和电子的能量，而带电颗粒的电场响应会导致新的波动现象及其不稳定性，这些带电微粒的产生模式、输运特性及其动力学行为为等离子体物理学提供了广阔的研究领域，所有集合等离子体的性质都会因微粒的存在而改变。
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