尘埃等离子体中朗缪尔波的非线性调制

研究了尘埃等离子体中尘埃声波（ＤＡＷ）和尘埃离子声波（ＤＩＡＷ）对朗缪尔波的非线性调制。在小而有限振幅极限下,得到了朗缪尔波的包络孤立子。对于朗缪尔波与尘埃声波的非线性耦合,包络孤立子存在两个速度传播区;而对于与尘埃离子声波的耦合,只有一个传播区     

强耦合尘埃等离子体中正电扰动下的尘埃声激波

研究了强耦合尘埃等离子体的尘埃声波的线性色散关系和尘埃声孤波的非线性传播。考虑一个包含电子、离子、正电扰动尘埃颗粒的完全电离的三成分模型等离子体。假定其电子、离子数密度服从玻尔兹曼分布,而大质量的尘埃成分用一组经典流体方程描述,对系统方程进行线性化,得到了尘埃声波的线性色散关系,发现离子的集中参数对色散关系的影响很大。用约化摄动法对系统方程进行展开,得到了描述小振幅孤波的伯格斯方程。基于伯格斯方程研究了尘埃声孤波的基本特性,发现尘埃颗粒的强耦合效应对尘埃声孤波有很大的修正作用。该研究结果有助于理解尘埃空间等离子体中局域波的一些特性。     

尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Korteweg de Veries (KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Kortewegde Veries(KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

量子尘埃等离子体中尘埃充电对尘埃声波的影响

采用流体动力学方程组和尘埃充电方程组成的自洽模型系统,对量子尘埃等离子体中的尘埃声波波动性质进行了研究。通过线性理论分析方法得到系统的尘埃声波波动方程及其色散关系,并对色散关系进行了数值分析。研究表明:充电效应定性地修正了尘埃声波的色散特性,引起尘埃声波的耗散,其耗散强度主要与尘埃等离子体的参数有关。最后,分析了引起尘埃声波耗散的物理原因。     

等离子体鞘层附近尘埃颗粒特性的数值模拟

为了研究尘埃等离子体中尘埃颗粒以及鞘层中粒子密度分布等特性,对尘埃颗粒存在条件下等离子体鞘层结构的采取数值模拟.采用稳态无碰撞的尘埃等离子体鞘层模型,对玻姆判据、尘埃颗粒的荷电性质、平板鞘层区域的电势分布及鞘层内粒子分布特性进行了系统的数值模拟研究.计算结果显示,鞘层边缘尘埃颗粒数密度的增加、尘埃温度的升高,将引起孤立尘埃颗粒对电子吸附能力的减弱,集体效应也受到一定程度的影响;二者同时对离子玻姆速度以及鞘层厚度的增加都有着极大的促进作用.鞘层电势在靠近下极区处降落迅速,主要聚集在接近阴极极板的鞘层区域,各种微粒数密度的空间分布满足准中性条件.     

碰撞对尘埃等离子体鞘层中尘埃颗粒影响

在一维平板鞘层中应用流体模型研究了尘埃等离子体鞘层中碰撞对尘埃颗粒密度和带电量的影响。 研究所涉及的碰撞主要有电离碰撞,电子、离子分别与中性粒子的碰撞,以及电子、离子分别与尘埃颗粒的碰撞。通过采用四阶龙格库塔法,得到了数值解。结果表明,随着电离碰撞或者电子、离子分别与中性粒子碰撞的频率 增加,都将导致鞘层中尘埃颗粒的数密度增大,数密度的极值位置向鞘边位置靠近,尘埃颗粒带电量增多。电子、离子与尘埃颗粒的碰撞,使得尘埃带电量减小。此外,从研究的结果来看,由离子产生的碰撞要比电子产生的碰 撞对尘埃颗粒的影响明显得多。     

对含有非热力学平衡离子的尘埃等离子体中孤波特性的理论研究

得到了描述由尘埃颗粒电荷变化、非热力学平衡分布的离子和Boltzmann分布的电子组成的未磁化的热尘埃等离子体中的尘埃声波的修正的KdV (mKdV) 方程. 并对诸多的尘埃等离子体参数对尘埃声孤波结构的影响进行了理论研究，结果表明，尘埃等离子体参数决定着尘埃声孤波结构，且只在这些参数特别选定的一些区域，才会出现稳定的孤波. 关键词： 非热力学平衡离子 尘埃颗粒电荷变化 尘埃声孤波     

尘埃等离子体物理

尘埃等离子体物理是近年来发展起来的新的研究领域。本文介绍了尘埃等离子体物理的研究内容，特点及研究近况。     

尘埃颗粒与等离子体鞘层相互作用的数值模拟

通过求解一维稳态的尘埃等离子体鞘层模型,得到了等离子体鞘层势、正离子密度、电子密度和尘埃颗粒密度随一维横向的分布,Bohm判据及鞘层边界无量纲Bohm速度随尘埃密度的变化曲线,尘埃颗粒的带电量和尘埃密度的关系,尘埃颗粒的温度对尘埃颗粒自身在鞘层中分布的影响。结果表明,随着尘埃密度的增加,鞘层的厚度在减小,鞘层内的电子密度在下降,而且尘埃颗粒的带电量也在逐渐减少;随着尘埃温度的增加,鞘层的厚度减小,电子密度下降,而且鞘层附近的尘埃颗粒在逐渐增多。     

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研究了强耦合尘埃等离子体的尘埃声波的线性色散关系和尘埃声孤波的非线性传播。考虑一个包含电子、离子、正电扰动尘埃颗粒的完全电离的三成分模型等离子体。假定其电子、离子数密度服从玻尔兹曼分布,而大质量的尘埃成分用一组经典流体方程描述,对系统方程进行线性化,得到了尘埃声波的线性色散关系,发现离子的集中参数对色散关系的影响很大。用约化摄动法对系统方程进行展开,得到了描述小振幅孤波的伯格斯方程。基于伯格斯方程研究了尘埃声孤波的基本特性,发现尘埃颗粒的强耦合效应对尘埃声孤波有很大的修正作用。该研究结果有助于理解尘埃空间等离子体中局域波的一些特性。     

两种带电尘埃颗粒的等离子体鞘层玻姆判据

采用流体方程和尘埃充电自洽模型研究了鞘边含有两种尘埃颗粒的等离子体玻姆判据. 通过拟牛顿法数值模拟了鞘边两种尘埃颗粒的存在对尘埃自身充电以及离子马赫数的影响. 两种尘埃颗粒中含量较少的尘埃颗粒数密度的增加, 导致两种尘埃颗粒表面悬浮势一个降低, 一个升高. 含量较少的尘埃颗粒的数密度越多和半径越小, 都会导致离子马赫数增大. 另外鞘边无论何种尘埃颗粒的速度增加, 鞘边离子马赫数都将减小. 关键词： 等离子体鞘层 尘埃颗粒 玻姆判据     

等离子体鞘层中尘埃粒子的分布特性

采用柱槽状电极的流体模型，数值模拟了等离子体鞘层及鞘层中尘埃粒子的分布结构. 研究了尘埃粒子数、粒子大小、电极尺寸等因素对尘埃分布结构的影响. 研究表明：当等离子体密度较高时，鞘层较薄，反之鞘层较厚；当尘埃粒子数少时，尘埃分布形成一层结构，反之则形成多层结构；随电极尺寸的不同，尘埃粒子形成一些复杂而又有趣的结构. 关键词： 尘埃粒子 等离子体鞘层 电极     

反应等离子体中尘埃空洞形成的实验研究

利用气体合成（乙烯和硅烷，氩气是载气）的方法，产生尘埃粒子，并在此基础上研究了悬 浮在射频等离子体鞘层上方的尘埃云及尘埃空洞.实验结果给出了尘埃云和尘埃空洞与射频 功率和气压等参数的关系曲线. 关键词： 尘埃等离子体 尘埃空洞 尘埃云     

稳态装置中的尘埃等离子体状态

介绍了用于研究尘埃等离子体中波的直流放电的尘埃等离子体装置,该装置能产生长约３０ｃｍ,直径约８．４ｃｍ的尘埃等离子体柱。在等离了体中加入尘埃后,朗缪尔探针的饱和电流明显降低。尘埃所带负电量与电机转速成正比,可达到等离子体负电量的４０％。     

非热离子对非均匀碰撞热尘埃等离子体中三维孤波的影响

从理论上研究了非热离子、外部磁场、碰撞对非均匀热尘埃等离子体中三维非线性尘埃声孤波的影响。运用约化摄动法得到描述三维非线性尘埃声孤波的非标准的变系数Korteweg-de Vries(KdV)方程。然后把非标准KdV方程变为标准的变系数KdV方程,并且得到了标准的变系数KdV方程的近似解析解。由此解析解可以看出,非热离子的数目、碰撞、非均匀性、波的斜向传播、尘埃颗粒和非热离子的温度对三维非线性尘埃声孤波的振幅和宽度有很大的影响。外部磁场对三维非线性尘埃声孤波的宽度有影响,而对其振幅没有影响。此外,波的相速度与非热离子、波的斜向传播、尘埃颗粒的温度和非均匀性有关。     

离子与尘埃相互作用对离子声波和尘埃声波的影响

基于流体力学方程和与时间相关的线性微扰理论，分析了尘埃等离子体环境中离子与尘埃粒子的相互作用对离子声波和尘埃声波的影响，结果表明两者间的相互作用使得离子声波变得稳定而使尘埃声波变得不稳定。     

绝热电荷扰动对非均匀热尘埃等离子体中三维孤波的影响

尘埃颗粒上不断有电子流和离子流的出入以及二次电离、光电离等因素,所以尘埃颗粒上的带电量不是一个常量而是随着时间和空间变化的,因此尘埃电荷成为尘埃等离子体中的一个新的动力学变量,研究其对等离子体中各类非线性过程的作用成为尘埃等离子体物理中的一个重要课题.当今对于非均匀尘埃等离子中非线性波的研究大多数都集中于一维,对于三维非线性波的研究非常少.基于这种情况,在考虑非均匀性、尘埃颗粒绝热电荷扰动以及外部磁场等物理因素的情况下,运用约化摄动方法得出描述三维孤波的变系数的Korteweg-de Vries(KdV)方程.由结果可以看出,非均匀性、电荷扰动、外部磁场、斜向传播、尘埃温度对三维非线性波的传播有着极大的影响.利用适当的变换,得到了变系数方程的近似解.     

尘埃粒子电势对等离子体电导率的影响

本文通过提出电势影响因子的概念描述了尘埃粒子与背景等离子体之间的电势差对等离子体电导率的影响. 电势影响因子与尘埃粒子的电荷数、数密度、半径以及背景等离子体电子数密度成正比, 而与背景等离子体电子温度成反比. 在考虑尘埃粒子电势影响下, 推导和完善了尘埃等离子体的复电导率模型. 选取火箭喷焰为典型实例, 分析比较了微波和近红外波段范围内, 考虑和不考虑电势差影响两种情况下的复电导率. 结果表明, 在给定的尘埃等离子体参数条件下, 随着入射电磁波频率的增大, 电势差对复电导率的影响在减小, 当入射频率增加至给定的近红外区域时, 电势差对复电导率虚部的影响可以忽略.     

极区夏季中层顶区域尘埃粒子参数的研究

采用轨道受限运动方法研究了极区夏季中层顶区域的尘埃粒子电荷数与尘埃粒子半径。利用尘埃等离子体充电理论,建立了尘埃粒子充电方程模型,得到尘埃粒子充电时尘埃电荷数和半径的比值。然后结合ECT02实验数据,分析了发生极区中层夏季回波现象时极区中层顶区域尘埃粒子电荷数和半径的比值,并得到尘埃粒子的半径以及尘埃粒子所带电荷量。结果表明,极区中层顶区域的尘埃粒子平均所带电荷不到一个,它的半径约为20nm。