Phase States of Macroparticles in Plasma With Hot Electrons at Presence of Ion Beam

Abstract

The evaporation possibility of micro sized metallic particles during them passage through the region of a magnetized plasma with a Maxwellian velocity distribution with the electron temperature in the range T e =1...100eV at presence of an ion beam with the energy in the range ε b =1...6keV is studied theoretically. The floating potential of a macroparticle is obtained using the OML theory, the effect of the electron temperature and the energy of the ion beam on its magnitude is studied. The equation of energy balance on the macroparticle surface is obtained, such energy exchange mechanisms as collisions of particles of an ion beam and plasma particles with the macroparticle, thermal radiation of the macroparticle, as well as cooling due to the evaporation of substance from the macroparticle surface are taken into account. The effect of the temperature of plasma electrons and the ion beam energy on the stationary temperature of the macroparticle is studied. It is shown that for the given plasma and ion beam parameters, the temperature of the copper macroparticle is below the boiling point so that the evaporation of the macroparticle occurs at temperatures below the boiling point. The dependences of the macroparticle evaporation time on the electron temperature and the energy of the ion beam have been obtained. KEYWORDS: macroparticles, dusty plasma, ion beam, evaporation, electric potential ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ МАКРОЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕ С ГОРЯЧИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ В ПРИСУТСТВИИ ИОННОГО ПУЧКА А.А. Бизюков, А.Д. Чибисов, А.И. Кутенко Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина61022, г. Харьков, пл. Свободы, 4 Теоретически изучается возможность испарения металлических макрочастиц микронных размеров при прохождении через область замагниченной плазмы с электронами, имеющими Максвелловское распределение по скоростям с температурой в диапазоне T e =1…100 эВ, и в присутствии ионного пучка с энергией в диапазоне ε b =1…6 кэВ. В приближении OML теории вычисляется плавающий потенциал макрочастицы, изучается влияние температуры электронов а также энергии ионного пучка на его величину. Получено уравнение баланса энергий на поверхности макрочастицы, при этом принимаются во внимание такие механизмы обмена энергией, как столкновение частиц ионного пучка и частиц плазмы с макрочастицей, тепловое излучение макрочастицы, а также охлаждение за счет испарения вещества с поверхности макрочастицы. Изучается влияние температуры плазменных электронов и энергии ионного пучка на стационарную температуру макрочастицы. Показано, что при заданных параметрах плазмы и ионного пучка такая равновесная температура медной макрочастицы находится ниже точки кипения, так что испарение макрочастицы происходит при температурах ниже температуры кипения. Получены зависимости времени испарения медных макрочастиц от температуры электронов и энергии ионного пучка. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: макрочастицы, пылевая плазма, ионный пучок, испарение, электрический потенциал ФАЗОВІ СТАНИ МАКРОЧАСТОК В ПЛАЗМІ З ГАРЯЧИМ ЕЛЕКТРОНАМИ В ПРИСУТНОСТІ ІОННОГО ПУЧКА О.А. Бізюков, О.Д...