КНУ імені Тараса ШевченкаФРЕКСКафедра фізичної електронікиНаукаСучасні дослідження запорошеної плазми

Сучасні дослідження запорошеної плазми

Запорошена плазма являє собою іонізований газ, що містить заряджені частинки конденсованої речовини. Така плазма широко розповсюджена в космосі (планетні кільця, хвости комет, міжзоряні згустки), а також у лабораторних умовах (термоядерні установки з магнітним утриманням, плазмові технології обробки поверхонь). Такі унікальні властивості плазмово-пилових систем, як відкритість та здатність до самоорганізації, роблять їх надзвичайно привабливим об’єктом дослідження.

На кафедрі комп’ютерне моделювання явищ у запорошеній плазмі розпочалось з ініціативи проф. Чутова Ю.І. і проводиться вже понад двадцять років. Дослідження запорошеної плазми проводяться в рамках науково-дослідного сектору теорії та моделювання плазмових процесів у тісній співпраці з Інститутом теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова (акад. НАНУ Загородній А.Г.). Ряд робіт було проведено разом із зарубіжними науковими центрами Німеччини, Голландії та Японії. Серед них можна назвати вивчення структури приелектродних шарів у запорошеній нерівноважній плазмі (Чутов Ю.І., Кравченко О.Ю., Смирнов Р.Д., Яковецький В.С.), дослідження впливу пилових частинок на властивості радіочастотних розрядів (Чутов Ю.І., Кравченко О.Ю., Лиситченко Т.Є., Зюзь В.М.), дослідження динаміки пилових згустків (Кравченко О.Ю., Юрчук М.М., Марущак І.С.) та структури плазмово-пилових кристалів (Чутов Ю.І., Кравченко О.Ю., Смирнов Р.Д.). Зокрема, було показано, що в приелектродному шарі запорошеної плазми виникає потенціальна яма, яка гальмує потік іонів на стінку і тим самим забезпечує її захист від руйнування. Проведені дослідження є актуальними для розвитку плазмових технологій (плазмове травлення, напорошення плівок, створення наночастинок), інтерпретації процесів у плазмі керованого термоядерного синтезу (токамаки, стеларатори), а також для розуміння фізичних механізмів утворення впорядкованих структур пилових частинок.

Останніми роками виконано ряд робіт по дослідженню динаміки пилової компоненти в радіочастотних розрядах низького тиску, в результаті яких було показано можливість утворення шаруватої структури розряду та запропонований фізичний механізм її формування (Кравченко О.Ю., Вакуленко А.В., Яструб Ю.А., Левада Г.І.). Проведено моделювання різноманітних дисипативних структур у запорошеній плазмі, включаючи плазму радіочастотних розрядів та пристінкові області термоядерних реакторів, а також досліджено вплив на ці структури магнітного поля (Кравченко О.Ю., Лиситченко Т.Є., Яструб Ю.А., Марущак І.С.). За допомогою методу молекулярної динаміки проведене моделювання зарядки та екранування пилових частинок у нерівноважній плазмі за наявності іонного потоку та магнітного поля. Досліджено залежність сили взаємодії між пилинками, обумовлену ефектом екранування, від тиску нейтрального газу та величини магнітного поля (Кравченко О.Ю., Вакуленко А.В., Лиситченко Т.Є., Гавриш Г.О.)

Крім комп’ютерного моделювання, проводяться аналітичні дослідження запорошеної плазми. Так, протягом останніх років були розроблені теоретичні засади акустичної діагностики запорошеної плазми з урахуванням дипольної взаємодії та впливу самогравітації мікрочастинок, їхнього ступеневого розподілу за розмірами та різних варіантів взаємодії елементарних та низькочастотних колективних процесів у такій системі (Мартиш Є.В.). Така діагностика дуже важлива для плазмових технологічних систем обробки поверхонь у сучасній електроніці.

Якщо порошинки мають власний магнітний момент, то це суттєво змінює дисперсійні властивості запорошеної плазми в сильних магнітних полях. Поява нових власних частот та зміна механізмів дисипації для такої системи є прогнозованими. Абсолютно новим результатом є отримання негативних значень магнітної проникності в певному діапазоні низьких частот. Діелектрична проникність у такій плазмі для цього діапазону частот також негативна. Це дає можливість розглядати таку плазму як лівостороннє середовище (звичайні середовища, в яких діелектрична і магнітна проникності одночасно додатні, називають правосторонніми), яке принаймні для вказаного вище діапазону частот є прозорим для електромагнітних хвиль (Мартиш Є.В.)

© 2014   Кафедра фізичної електроніки  факультету радіофізики, електроніки та комп'ютерних систем
КНУ імені Тараса Шевченка