尘埃数密度对电子双温等离子体中尘埃电荷的影响

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1、摘要近年来，随着空间探测、实验以及工业加工的快速发展，尘埃等离子体正越来越多地引起人们的关注。通过对尘埃等离子体充电过程的研究，可以让我们对等离子体环境中尘埃颗粒的带电机制和运动特性有着更深入的认识。本论文基于有限轨道理论，得到了能够反映尘埃数密度对尘埃平衡电荷影响的控制方程。通过MATLAB编程计算，研究了原子量、离子电荷数、冷热电子温度、离子温度、尘埃半径以及尘埃数密度对充电平衡时尘埃所带电荷的影响。研究发现，随着原子量、冷热电子温度、尘埃半径的增大、以及随着离子电荷数和离子温度的减小尘埃所带净负电荷数增大。尘埃颗粒数密度与电子数密度的比值较小时，随着尘埃数密

2、度的增加尘埃颗粒的平衡电荷基本保持不变。但当尘埃颗粒数密度增加到一定值后，尘埃颗粒所带净电荷数迅速减小。关键词：平衡电荷，尘埃等离子体，麦克斯韦分布，电子双温等离子体ABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofspacedetection,theexperimentandtheindustrialprocesses,thedustyplasmahasattractedmoreandmoreattention.Fromtheinvestigationonthechargingprocessinthedustyplas

3、ma,wecangetdeepinsightintochargedmechanismandthedynamicsofdustyparticlesintheplasmaenvironment.Basedontheorbitallimitedtheory,agoverningequationthatcouldbeabletodescribetheeffectsofdustnumberdensityonthedustequilibriumchargeisestablishedinthepaper.Theeffectsatomicweight,ioniccharges,c

4、oldandwarmelectrontemperature,iontemperature,theradiusofdustandthedustnumberdensityondustequilibriumchargeisstudiedfromMatlabprogram.Itisshownthatthenetnegativechargenumberofthedustgraingoessmallerwiththeincreaseofatomicweight,thetemperatureofcoldandwarmelectrons,andtheradiusofdust,or

5、withthedecreaseofiontemperatureandtheioniccharges.Whentheratiobetweendustnumberdensityandelectronnumberdensityissmall,theequilibriumdustchargeisnearlyinvariantwiththeincreaseofdustnumberdensity.However,whenitincreasestoacertainvaluetheequilibriumchargereducesquickly.Keywords:equilibri

6、umcharge,dustplasma,Maxwelliandistribution,two-temperatureelectronplasmaII目录摘要IABSTRACTII目录III第一章前言11.1尘埃等离子体11.2尘埃充电11.3双温电子分布11.4研究内容和意义2第二章尘埃吸附充电基本原理3第三章电子双温等离子体中包含尘埃数密度效应的尘埃充电理论分析63.1充电电流63.2平衡电荷63.3无量纲方程7第四章结果分析8第五章结论10参考文献1111第一章前言1.1尘埃等离子体尘埃等离子体是低温多成分电离气体，由电子、离子以及带负电（或正电）的尘埃颗粒组

7、成，尘埃颗粒比离子重好几个量级，是电子电离和复合的源。尘埃颗粒的典型尺度为微米、亚微米。从天体物理、实验装置和等离子体加工中发现微米尺度的粒子开始，尘埃等离子体的研究迅速成长起来。尘埃等离子体中波的激发、非线性演化和湍动一直都是研究的热点，也是尘埃等离子体物理中发展得最快的几个领域。带电尘埃颗粒不但会影响准中性平衡条件和改变通常的电子-离子等离子体波谱外，还会引入新的波模，这些波模在许多等离子体环境中发挥着重要作用。波在尘埃等离子体系统中的传播与其在通常的仅由两种成分组成的等离子体中的传播存在显著的不同。最近几十年尘埃等离子体引起了人们的广泛关注，从月球探测到大气

8、雾霾都与尘