Selection of dust particles in radio frequency inductive discharge

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Selection of dust particles in three-dimensional plasma–dust trap in the electrodeless radio frequency inductive discharge in neon was studied for the first time. The discharge conditions and the discharge chamber design were chosen so that the dust structures of polydisperse quartz particles are created in the resulting dust trap. The structure lengths were of up to 1.5 cm and the number of particles in them was of up to 4000. Statistical analysis of the sizes of trapped particles has shown that under the conditions chosen the average particle size is close to 4 μm, and in a wide range from 0.25 to 1.0 Torr, it weakly depends on neon pressure. It was found that in the three-dimensional dust structure formed, the longitudinal interparticle distance changes in anomalously wide range, as compared to the dust structures formed in plasma of glow discharge. The characteristic size of the trapped particles was estimated based on the vertical balance of forces acting on dust particle. It was shown that, in terms of a number of parameters, the method of particle selection in radio frequency inductive discharge is preferable, as compared to similar method used in glow discharges in strata, and the dust trap applied can be used for studying three-dimensional dusty plasmas in the magnetic field.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. А. Novikov

St. Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: l.novikov@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

М. A. Gasilov

St. Petersburg State University

Email: l.novikov@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

M. S. Golubev

St. Petersburg State University

Email: l.novikov@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

M. V. Morozova

St. Petersburg State University

Email: l.novikov@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

E. S. Dzlieva

St. Petersburg State University

Email: l.novikov@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

S. I. Pavlov

St. Petersburg State University

Email: l.novikov@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. Yu. Karasev

St. Petersburg State University

Email: plasmadust@ya.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Chu J.H., Lin I. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. P. 4009. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.4009
  2. Thomas H., Morfill G.E., Demmel V., et al. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 73 (5). P. 652.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.652
  3. Hayashi Y. Structure of a Three-Dimensional Coulomb Crystal in a Fine-Particle Plasma. Phys Rev Lett. 1999. V. 83. 4764.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.4764
  4. Фортов В., Морфилл Г., eds. Комплексная и пылевая плазма: Из лаборатории в космос. М.: Физматлит, 2012.
  5. Morfill G.E., Thomas H.M., Konopka U., Zuzic M. // Phys. Plasmas. 1999. V. 6. P. 1769.https://doi.org/10.1063/1.873435
  6. Vasilieva E.V., Petrov O.F., Vasiliev M.M. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 523.ht tps://doi.org/10.1038/s41598-020-80082-x
  7. Липаев А. М., Молотков В. И., Нефедов А. П. и др. // ЖЭТФ. 1997. Т. 112. С. 2030.
  8. Dzlieva E. S., Ermolenko M. A., Karasev V. Yu. // Tech. Phys. 2012. V. 57. P. 145.ht tps://doi.org/10.1134/S1063784212010070
  9. Дзлиева Е. С., Ермоленко М. А., Карасев В. Ю. // Физика плазмы. 2012. Т. 38. С. 591.
  10. Dzlieva E. S., D ’ yachkov L. G., Novikov L. A., et al. // Plasma Sources Sci. Technol. 2019. V. 28. P. 085020.ht tps://doi.org/10.1088/1361-6595/ab36ac
  11. Dzlieva E.S., D’yachkov L.G., Novikov L.A., et al. // Molecules. 2021. Т. 26. С. 3788.ht tps://doi.org/10.3390/molecules26133788
  12. Choudhary M., Bergert R., Moritz S., et al. // Contrib. Plasma Phys. 2021. V. 61. P. e202000110.htt ps://doi.org/10.1002/ctpp.202000110
  13. Герасимов Ю. В., Нефедов А. П., Синельщиков В. А., Фортов В. Е. // ПЖТФ. 1998. Т. 24. С. 62.
  14. Fortov V.E., Petrov O.F., Usachev A.D., Zobnin A.V. // Phys. Rev. E. 2004. V. 70. P. 046415.https://doi.org/10.1103/PhysRevE.70.046415
  15. Дзлиева Е. С., Карасев В. Ю., Эйхвальд А. И. // Опт. и спектр. 2002. Т. 92. С. 1018.
  16. Карасев В. Ю., Дзлиева Е. С., Павлов С. И. и др. // ЖТФ. 2019. Т. 89 (1). С. 50.ht tps://doi.org/10.21883/JTF.2019.01.46961.71-18
  17. Грановский В. Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971.
  18. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992.
  19. Кудрявцев А. А., Смирнов А. С., Цендин Л. Д. Физика тлеющего разряда. СПб.: Лань, 2010.
  20. Голубовский Ю. Б., Кудрявцев А. А., Некучаев В. О., и др. Кинетика электронов в неравновесной газоразрядной плазме. СПб.: СПбГУ, 2004.
  21. Stoffels W.W., Stoffels E., Swinkels G.H.P.M., et al. // Phys. Rev. E. 1999. V. 59. P. 2302.ht tps://doi.org/10.1103/PhysRevE.59.2302
  22. Кралькина Е. А. // УФН. 2008. Т. 178. С. 519.ht tps://doi.org/10.3367/UFNr.0178.200805f.0519
  23. Майоров С. А. // Физика плазмы. 2009. Т. 35. С. 869.
  24. Недоспасов А. В., Хаит В. Д. Колебания и неустойчивости низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1979.
  25. Kersten H., Deutsch H., Otte M., et al. // Thin Solid Films. 2000. V. 377–378. P. 530.ht tps://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)01439-5
  26. Karasev V.Yu., Dzlieva E.S., Pavlov S.I. // EPL. 2015. V. 110. P. 55002.ht tps://doi.org/10.1209/0295-5075/110/55002
  27. Карасев В. Ю., Дзлиева Е. С., Эйхвальд А. И. // Опт. и спектр. 2006. Т. 101. С. 521.
  28. Дзлиева Е. С., Ермоленко М. А., Карасев В. Ю. // ЖТФ. 2012. Т. 82 (7). С. 51.
  29. Дзлиева Е. С., Майоров С. А., Новиков Л. А., и др. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 914.https://doi.org/10.31857/S0367292122600741
  30. Петров О.Ф., Усачев А.Д., Зобнин А.В. // Научные труды Института теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН / Под. ред. В.Е. Фортова и А.П. Лихачева. М.: ОИВТ РАН, 2004. Вып. 6. С. 267.
  31. Fortov V.E., Nefedov A.P., Sinel’shchikov V.A., et al. // Phys. Lett. A. 2000. V. 267 P. 179.https://doi.org/10.1016/S0375-9601(00)00072-4
  32. Fortov V.E., Khrapak A.G., Khrapak S.A., et al. // Usp. Fiz. Nauk. 2004. V. 174. P. 495.https://doi.org/10.3367/UFNr.0174.200405b.0495
  33. Василяк Л. М., Ветчинин С. П., Поляков Д. Н., Фортов В. Е. // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. С. 1166.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. a) Schematic diagram of the experimental setup. Designations: 1 – inductor; 2 – dust structure; 3 – container for injecting dust particles into the discharge; 4 – illumination system; 5 – carriage with a microscope slide lying on it for collecting particles; 6 – vacuum valve for removing the carriage; 7 – magnet for moving the carriage inside the tube. b) Histogram of the distribution of the sizes of the bulk powder. c) Photograph of the setup.

Download (398KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The structure in the dust trap in the RFI discharge, created from polydisperse quartz particles. Conditions: neon gas, pressure – 0.4 Torr, voltage – 180 V, RF generation frequency – 40 MHz, tube diameter – 1.9 c m. a) Photo of the horizontal section of the dust structure. Image height – 4.7 mm. b) Photo of the vertical diametrical section of the dust structure. Image height – 18 mm.

Download (94KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. a) Photo of dust particles deposited from the RFI discharge. Particle size is about 4 µm. Image width is 200 µm. b) histogram of dust particle distribution by characteristic size. Conditions: neon gas, pressure – 0.5 Torr, voltage – 100 V, RF generation frequency – 40 MHz.

Download (222KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the average size of dust particles on neon pressure. Conditions: voltage – 100 V, RF generation frequency – 40 MHz.

Download (38KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Longitudinal interparticle distance. Conditions: neon gas, pressure – 0.6 Torr, polydisperse quartz. The coordinate is measured from the lower turn of the inductor.

Download (61KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».