非均匀（尘埃）等离子体中离子声波激发和传播.pdf

中文摘要 摘 要 本文主要研究了非均匀(尘埃)等离子体中离子声波的激发与传播、尘 埃等离子体预鞘结构以及尘埃离子声和尘埃声孤立子在非均匀等离子体中 的传播特性。 在非均匀(尘埃)等离子体装置上采用不对称放电，产生一个密度轴向 非均匀分布而径向近似均匀分布的等离子体环境，通过改变工作气压以及 在实验区和灯丝区之间加上大的隔离栅网来控制等离子体的密度分布及非 均匀性标长。 利用栅网激发的方式，在激发栅网上外加单周期或多周期的正弦波、阶 跃信号、低频不规则的信号以及其他自编的电压信号，激发起线性或非线 性的离子声波。观察接收到的波信号与外加电压信号的联系，以及离子声 波在沿轴向传播过程中的演化。实验发现离子声波的激发往往伴随着其他 模式的产生，包括离子声陵波模、离子束模等。这些模式的传播速度各不 相同，而且它们在传播过程中的衰减速度也不一样，因此我们可以通过波 的传播过程把这些模式分开或者衰减掉其中的某些模式。一般来讲，我们 总是可以得到比较干净的离子声波模。实验上还发现，对于外加信号频率 远远低于离子等离子体振荡频率的情况，接收到的波信号形状与外加激发 信号对时间求导后的波形接近，该结果可以采用准稳态鞘层的简单电路模 型来解释。 利用尘埃散播器在实验区等离子体中引入尘埃颗粒，观察了尘埃加入对 离子声波的影响。实验结果发现，由于离子一尘埃之间的碰撞相互作用， 离子声波的幅度由于受到阻尼而变小，同时离子声波的相速度也会由于离 子一尘埃相互碰撞以及尘埃电荷扰动而变慢。考虑了电子碰撞电离、离子 IvanLiYF@hotmail．corn 中文摘要 被尘埃吸附损失、离子一尘埃收集和库仑碰撞、离子流速以及尘埃电荷扰 动，我们理论上研究了尘埃离子声波的色散关系，数值计算表明，尘埃等 离子体中的碰撞过程和尘埃电荷扰动都可能使得离子声波的传播速度变 慢。 、 我们发展了等离子体边界层的结构模型，考虑了尘埃的加入对于等离子 体预鞘结构的影响。理论分析表明，根据等离子体的不同平衡态情况，预 鞘区可能从离子流速为零或者等于双极扩散速度的地方开始。数值结果表 明，尘埃的影响使预鞘区离子流速、离子密度的分布明显不同于无尘埃时 的结果。 另外，我们还从理论上研究了非均匀等离子体中，尘埃对离子声孤立子 传播的影响，以及尘埃电荷变化对尘埃声孤立子的影响。理论分析表明， 对考虑了尘埃修正的离子声波，压缩的尘埃离子声孤立子只存在于高密度 区，而在低密度区只能存在稀疏的尘埃离子声孤立子；对尘埃运动时间尺 度下的尘埃声波，只存在压缩的尘埃声孤立子。数值计算的结果表明，由 于等离子体参数的非均匀分布，孤立子的幅度、宽度和速度之间的关系与 传统的K—dV孤立于的性质有比较大的改变，孤立子的扰动电势和扰动密度 之间也不再是简单的线性关系。 ii IvanLiYF@hotmail(30111 差茎塑墨 Abstract Thethesisfocusedontheexcitationand oftheion—acoustic propagation wavesin theoriesand inhomogeneous(dusty)plasmas，includingexperiments ina inho- Byassymmetricdischargesdouble(dusty)plasmadevice，an axial