Позитивно заряджені макрочастки в низькотемпературній плазмі

Анотація

Розглянуто еволюцію позитивно зарядженої металевої макрочастинки, яка поміщена в низькотемпературну плазму. Досліджено вплив значення початкового заряду макрочастинок на динаміку електричного потенціалу та температуру макрочастинки, а також можливість випаровування макрочастинки внаслідок її взаємодії з частинками плазми. Чисельно розв’язана  система рівнянь балансу енергії та балансу струмів, яка заснована на OML теорії та враховує зміну потенціалу макрочастинок та її температури з плином часу. Розв’язок системи рівнянь показує еволюцію потенціалу та температури макрочастинок протягом інтервалу часу з моменту розміщення макрочастинки у плазмі до моменту, коли макрочастинка зарядилася до плаваючого потенціалу. Позитивний заряд макрочастинки виключає появу термоелектронної емісії та вторинної електронної емісії з поверхні макрочастинок, а також механізми охолодження макрочастинок які пов'язані з цими процесами. Отримано аналітичні вирази, що описують потенціал макрочастинки, електронний струм на макрочастинку, а також потужність, що передається електронами плазми у випадку, коли енергія притягання електронів до макрочастинки значно перевищує енергію термоелектронів, енергію вторинних електронів та енергію іонів плазми. Розв’язано спрощена система рівнянь балансу енергії та балансу струмів для позитивно зарядженої мікрочастинки, розв’язки спрощених рівнянь збігаються з розв’язками загальних рівнянь в області позитивних значень потенціалу макрочастинок. Розрахунки показують, що під час заряджання макрочастинки її температура зростає аж до температури кипіння речовини макрочастинок. Отримано та чисельно розв’язане рівняння, яке визначає умови, за яких можливе випаровування макрочастинок. Показано можливість випаровування макрочастинок заданого розміру (критичне значення радіуса) внаслідок початкової зарядки до високих позитивних значень потенціалу. Отримано залежності критичного значення радіуса від початкового значення потенціалу для макрочастинок вольфраму та міді, які можна випарувати в низькотемпературній плазмі. Отримані розв'язки обмежують область параметрів, де випаровування макрочастинки можливе, а де ні. Розраховано критичні значення потенціалу для частинок міді та вольфраму з розмірами 0,1 і 1 мкм. Отримано залежність радіусу макрочастинки від часу в процесі випаровування.