ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ПЫЛЕВОЙ  ПЛАЗМЫ

Ж. А. Кудышев; А. Е. Давлетов; Л. Т. Еримбетова; Е. С. Мухаметкаримов; Ф. Курбанов

Авторы

Ж. А. Кудышев Школа электротехники и вычислительной техники, Центр нанотехнологий им. Бирка, Университет Пердью
А. Е. Давлетов КазНУ им аль-Фараби
Л. Т. Еримбетова КазНУ им аль-Фараби
Е. С. Мухаметкаримов КазНУ им аль-Фараби
Ф. Курбанов КазНУ им аль-Фараби

2 1

Аннотация

Целью исследования является построение самосогласованной химиче-
ской модели пылевой плазмы, состоящей из электронов, протонов, нейтральных атомов и
пылевых частиц. Предложеновыражение для свободной энергии, которое учитывает за-
ряд пылевых частиц и состоит из идеального и неидеального вкладов. Неидеальная часть
свободной энергии рассчитывается в рамках самосогласованной химической модели, ко-
торая основывается на обобщенном уравнении Больцмана-Пуассона, полученного из це-
почки уравнений Боголюбова для равновесных функций распределения в приближении
парных корреляций. В качестве микропотенциалов взаимодействия электронов и прото-
нов используется кулоновский потенциал, а их взаимодействия с атомами, а также атомов
между собой, описываются известными потенциалами Мотта. Существенно, что пылинки
имеют конечный размер, что необходимо учитывать в потенциале их взаимодействия
между собой, а также с протонами и электронами окружающей плазмы. Продемонстри-
ровано, что свободная энергия рассматриваемой многокомпонентной среды представляет
собой функцию только концентрации свободных электронов и протонов, а ее последую-
щая минимизация позволяет определить соответствующие равновесные значения. Это
позволяет детально изучить ионизационное равновесие в плазменной среде и одновре-
менно определить заряд пылевых частиц. В рамках приближения парных корреляций
становятся известными корреляционные функции системы, к которым относятся ради-
альные функции распределения и статические структурные факторы, поведение которых
может быть изучено в широком диапазоне изменения параметров среды. Знание корреля-
ционных функций системы позволяет в свою очередь рассчитать термодинамические ха-
рактеристики многокомпонентной пылевой плазмы, что выполнено, в частности, для
корреляционной энергии. Полученные данные по калорическому уравнению состояния
позволят предсказать новые эффекты при распространении пылевых акустических волн,
связанные с перезарядкой пылинок в плазме с изменяющимся ионизационным равнове-
сием.