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轨道运动限制OML充电理论

2020-05-25何科荣

科技风 2020年15期
关键词:等离子体尘埃离子

何科荣

摘 要:尘埃充电是尘埃等离子体中的基本问题,本文较为详细地介绍了尘埃充电的过程,并重点介绍了应用最广泛的OML充电理论,以及在此基础上进行的改进。

关键词:OML;充电

尘埃充电是尘埃等离子体的基本问题,在天体物理、聚变等离子体物理及实验室尘埃等离子体的研究中有着广泛的应用。目前,国际上关于尘埃充电的主流理论有三种,分别是Mott-Smith和Langmuir针对尘埃充电提出了轨道运动限制充电(Orbital Motion Limited,简称OML)理论、Allen,Boyd以及Reynolds提出了ABR充电理论以及Bernstein与Rabinowitz提出了OM(Orbital Motion)充电理论。其中OML充电理论是目前应该最广泛的尘埃充电理论。

在等离子体环境中,尘埃颗粒由于受到电子和离子的不断撞击从而带电,Chen和Allen利用OML理论推导出尘埃颗粒的带电量。在OML理论中有三大基本假设,第一是进入德拜球内的电子和离子无碰撞,它们的轨道影响尘埃充电。于是它们遵守能量守恒定律和角动量守恒定律;第二等离子体中电子或离子是否能打到尘埃表面与尘埃表面势有关;第三OML理论是对OM理论的简化。

综上所述,尘埃充电是尘埃等离子体中的基础问题,而OML理论是尘埃充电应用最广泛的充电理论,本文介绍了OML理论的具体推导过程,以及在OML理论的基础上所做的一些改进(MOML及MOML-FL),为尘埃等离子体研究、空间等离子体研究及聚变等离子体研究等提供参考。

参考文献:

[1]Mott-Smith H M and Langmuir I.The theory of collectors in gaseous discharges[J].Physical Review,1926,28,727.

[2]Willis C T N,Coppins M,Bacharis M,et al.The Effect of Dust Grain Size On the Floating Potential of Dust in a Collisionless Plasma[J].Plasma Sources Science and Technology,2010,19(6),65022.

[3]Chen F F.Plasma Physics[M].Plenum Press,2007.

[4]Allen J E.Probe Theory-the Orbital Motion Approach[J].Physica Scripta,1992,45(5),497.

[5]Willis C T N,Coppins M,Bacharis M,et al.Floating Potential of Large Dust Grains in a Collisionless Flowing Plasma[J].Physical review E,2012,85(3),36403.

[6]R.Beadles,X.Wang,and M.Horányi.Floating potential measurements in plasmas:From dust to spacecraft[J].Physics of Plasmas,2017,24,023701.

[7]Rizopoulou N,Robinson A P L,Coppins M,et al.Charging of Large Dust Grains in Flowing Plasmas[J].Physical Review E,2015,91(6).

基金:江西省教育廳科学技术项目GJJ171027资助

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