ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ НА ЗАРЯД ПЫЛИНКИ В ПЛАЗМЕ
Аннотация
В классической подходе к определению заряда частиц пыли считается, что материал пылинки является идеальным поглотителем, т.е. все частицы плазмы, которые до- стигают ее поверхности неизбежно поглощаются. Это, как правило, приводит к тому, что за- ряд пылинки определяется параметрами буферной плазмы и не зависит от ее материала. С другой стороны, известно, что вблизи поверхности твердых тел существует двойной заряжен- ный слой, и всякий раз, когда предпринимается попытка вытянуть электрон из твердого тела, начинает играть существенную роль явление поляризации, приводящее к появлению притя- жения. Это ведет к тому, что для извлечения электрона из объема твердого тела необходимо совершить работу, которая называется работой выхода. Основная идея этого исследования за- ключается в учете поляризационных эффектов, которая в конечном итоге должно привести к микроскопической теории для определения заряда частицы пыли в плазме. Для этого во взаи- модействие электронов и ионов буферной плазмы с частицами пыли вводится метод электро- статических изображений. Для простоты предполагается, что материал частицы пыли является проводником, а явление поляризации сводится к электростатической индукции. Это явление легко описывается в рамках метода электростатического изображения, так что поляризация отвечает за дополнительный эффективный механизм притяжения. При этом потенциальная энергия взаимодействия между частицами плазмы и пыли состоит из двух частей. Первая часть определяется зарядом частиц и распределением плазмы вокруг нее, то есть формирова- нием поверхностного плазменного слоя. Только этот способ рассмотрения зарядки частиц пыли рассматривался в литературе до недавнего времени. Вторая часть потенциальной энергии определяется взаимодействием с поверхностными зарядами материала пылинок и опреде- ляется поляризационными эффектами. Рассмотрение процесса зарядки осуществляется в рам- ках приближения ограниченного орбитального движения, в котором траектории частиц плазмы, т.е. электронов и ионов, считаются баллистическими, так что столкновениями полно- стью пренебрегают. Для того, чтобы оправдать такой подход длины свободного пробега ча- стиц плазмы должна быть значительно больше, чем размер пылинок и дебаевской радиусом экранирования. Когда поляризационными эффектами можно пренебречь, применение законов сохранения энергии и момента импульса достаточно для определения сечений поглощения электронов и ионов пылевой частицей. Если пылевая частица предполагается поляризуемой, то дальнейшее рассмотрение оказывается гораздо более сложным из-за изменившегося харак- тера взаимодействия, который приводит к притяжению электронов и ионов при сравнительно небольших расстояниях от поверхности пыли. Несмотря на то, что угловой момент относи- тельно силового центра по-прежнему сохраняется, последующие расчеты оказываются го- раздо сложнее, потому что зависимость эффективной потенциальной энергии от расстоянии оказывается немонотонной. Это приводит к необходимости численного решения уравнения для положения максимума эффективной потенциальной энергии. Тем не менее, можно найти приближенное решение, поскольку соответствующий экстремум расположен очень близко к поверхности пылевой частицы. Это позволяет вычислить сечения поглощения электронов и ионов, вычислить соответствующие потоки, а затем определить заряд пылинки в зависимости от так называемого параметра связи.
Ключевые слова: параметр связи, приближение ограниченного орбитального движения, сечения поглощения, поляризация, метод изображения.
