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非均匀(尘埃)等离子体中离子声波的激发和传播

李阳芳  
【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,包括离子声慢波模、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-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-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


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