CC BY
31
Сер. 4. 2009. Вып. 4
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
УДК 537.525.1
Р. И. Семёнов, В. Ю. Карасёв, М. С. Голубев, А. Ю. Иванов О МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКОМ ЭФФЕКТЕ В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ*
В связи с появлением ряда работ [1-3], касающихся роли нейтрального газа разряда в магнитном поле при исследовании пылевой плазмы, возник новый интерес к магнитомеханическому эффекту в газовом разряде [4, 5]. Авторы [4] считали вращение положительного столба естественным свойством разряда и с ним связывали возникновение крутящего момента у лёгких тел [1]. В экспериментах [5, 6] вращение обнаружено не было. С другой стороны, исследование пылевой плазмы указывает на возможность прямой передачи момента импульса от плазменных частиц заряженным телам [3, 7]. В настоящем сообщении мы обсуждаем действие ионного потока, способного вызвать крутящий момент у протяжённых тел, перпендикулярных магнитному полю, что представляется естественным процессом при поддержании стационарного заряда тел.
Рассмотрим ионный поток на подвес, существующий в процессе поддержания стационарного заряда тела под плавающим потенциалом. Ионы могут попадать на торец 1, или на боковую поверхность 2, двигаясь перпендикулярно магнитному полю, рис. 1, но вращательный момент подвеса могут создавать только попадающие на торец. Действие силы ионного увлечения на вытянутые тела рассмотрено по [8], азимутальное отклонение в магнитном поле по [9], итоговая формула для крутящего момента имеет вид
М = ЬЗ'П1.1Щ:'0ТгЪгп——о 2 ^ •
* 01 + №2x2
Здесь последовательно обозначены длина и собирающая поверхность подвеса, масса, концентрация, тепловая скорость, подвижность, циклотронная частота и время между столкновениями ионов, а также электрическое поле торца подвеса. Сопоставим расчёт по формуле с экспериментальной закономерностью [6], имеющей максимум М от магнитного поля В, при давлении газа 0, 05 торр. Магнитное поле в [6] не более 1000 Гс, ионы не замагничены, тогда рост числителя с полем В дает подъём зависимости. Падение зависимости мы связываем с уменьшением заряда, или плавающего потенциала подвеса, и как следствие, электрического поля, являющегося последним множителем в формуле, когда электроны становятся замагниченными, и их диффузионное движение в магнитном поле замедлено. При умеренных значениях магнитного поля выражение для электронного тока на зонд выведено в работе [10]. Используя приближение [10], мы получили, что заряд подвеса в рассматриваемых условиях должен уменьшиться в 4 раза. Соответствующее уменьшение электрического поля приводит к спаду М
* Работа поддержана РФФИ, грант № 08-08-00628.
© Р. И. Семёнов, В. Ю. Карасёв., М. С. Голубев, А. Ю. Иванов, 2009
5 ©
Рис. 1. Схема горизонтального сечения подвеса:
1, 2 — траектории частиц, боковая стенка подвеса 3 наклеена на упругую нить 4
«іті ,
и максимуму зависимости M от B, соответствующему эксперименту [6] при выбранном давлении, как для Ne, так и для Ar.
Таким образом, обсуждаемый механизм появления крутящего момента может объяснять наличие максимума момента от магнитного поля. Оценка абсолютной величина момента в максимуме строго не определена в силу большой неопределённости собирающей поверхности [8] и величины поля на торце подвеса, но в пределах разброса параметров также соответствует измерениям [6].
Литература
1. Nedospasov A. V. Motion of plasma-dust structures and gas in magnetic field // Phys. Rev. (E). 2009. Vol. 79. P. 036401-(1)-036401-(6).
2. Carstensen J., Greiner F., Hou L. J. et al. Effect of neutral gas motion on the rotation dust clusters in an axial magnetic field // Phys. Plasm. 2009. Vol. 16. P. 013702-(1)-013702-(8).
3. Karasev V. Yu., Dzlieva E. S., Ivanov A. Yu. et al. Single dust-particle rotation in glow-discharge plasma // Phys. Rev. (E). 2009. Vol. 79. P. 026406-(1)-026406-(6).
4. Уразаков Э. И. Некоторые данные о магнитомеханическом эффекте // Журн. эксп. теор. физики. 1963. Т. 44. Вып. 1. С. 41-44.
5. Карасёв В. Ю. и др. Измерение магнитомеханического эффекта в газовом разряде // Оптика и спектр. 2001. Т. 91. Вып. 1. С. 34-36.
6. Дзлиева Е. С. и др. Исследование магнитомеханического эффекта в газовом разряде с помощью пылевых частиц // Там же. 2002. Т. 92. № 6. С. 1018-1023.
7. Karasev V. Yu., Dzlieva E. S., Ivanov A. Yu. et al. Rotational motion of dusty structures in glow discharge in longitudinal magnetic field // Phys. Rev. (E). 2006. Vol. 74. P. 066403-(1)-066403-(12).
8. Ivlev A. V., Khrapak A. G., Morfill G. E. et al. Rodlike particles in gas discharge plasmas // Там же. 2003. Vol. 68. P. 026403-(1)-026403-(9).
9. Грановский В. Л. Электрический ток в газе. М., 1971. 526 с.
10. Чен Ф. Ф. Электрические зонды. М., 1967. 133 с.
Принято к публикации 1 июля 2009 г.
