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科。特別是最近十年，塵埃等離子體研究得到了空前的進展。對塵埃等離子體中傳播的靜電波的研究是這個領域里的重要基礎研究之一。等離子體的一些基本性質可以通過對它的研究得到。另外對塵埃等離子體中靜電波的研究有助于我們對系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析。隨著塵埃等離子體晶格在實驗室中的實現(xiàn)，為塵埃等離子體研究開辟了一個全新的領域。它屬于強耦合系統(tǒng)。由于它在實驗室中操作簡單，易于觀察，所以為研究相變以及固體的一些

2、性質提供了一個非常好的“宏觀”模型。塵埃等離子體晶格中的格點波是典型的靜電波。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鍵參數(shù)，已成為等離子體診斷的一個重要手段。 本文對塵埃等離子體中的靜電波(包括格點波)進行了系統(tǒng)的研究。在第一章，我們對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介。 在第二章，采用多流體力學模型對在均勻外磁場下的塵埃等離子體中的靜電波進行研究

3、。在一般實驗室條件下，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。推導出了其中靜電波模的色散關系，并在不同頻率范圍對它進行討論，除了已知的一些波模，還發(fā)現(xiàn)了一個新的頻率非常低的波模。 在第二章的基礎上，第三章考慮了中性氣體的阻尼和離子對塵埃粒子的拖拽力作用，對在均勻外磁場中的塵埃等離子體中的靜電波和不穩(wěn)定性進行了研究，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際尺寸大小，對一維塵埃等離子體晶格鏈中的晶格波進行了研究。塵埃粒子懸浮在鞘層中，在那里由于電場和離子流的存在，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點電荷以外，還必須加上一個偶極矩用以體現(xiàn)這個不均勻性。先推導出其中縱波和橫波的色散關系，將波分自激發(fā)和外部激發(fā)兩種情況對其分別進行了討論。發(fā)現(xiàn)晶格波受到偶極矩方向的影響很大，這為準確求出等離子體參數(shù)提供了幫助。

5、 在第五章，對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，對偶極矩對二維單層晶格中豎直方向上振動的晶格波的影響也進行了定性的研究。發(fā)現(xiàn)偶極矩方向的影響也是一個重要因素，這和第三章中一維晶格鏈中的水平橫波的結果很相似。這是因為在一維晶格鏈中，粒子在水平方向上也受到外界約束力的作用的結果。這些結果對實驗研究，特別是參數(shù)測定，有著一定的指導意義。