Transformations of dust structures in glow DC discharge in neon: effect of gas temperature and discharge current

Abstract

The dependence of the shape of the dust structures on discharge current and pressure in neon glow DC discharge at temperatures 77 K and 295 К has been studied experimentally. It was found that when the discharge current was increased, the radial size of the dust cloud increased, and the axial size decreased. It was found that at 295 К the dust clouds were formed by individual dust particles, while at 77 K they consisted of a mixture of dust particles and simplest threadlike clusters formed from dust particles. The decrease of gas pressure led to increase in distances between the dust particles and clusters, and reduced the dynamic stability of the dust particles and clusters. At 295 К an increase of the discharge current resulted in the formation of voids in dust structures, while at 77 K the formation of the dust structures with voids was not observed even at maximum discharge currents. The formation of clusters at cryogenic cooling can be interpreted as 'condensation' and 'deposition' of dust particles.

Physical aspects of dust–plasma interactions

“…Due to the lesser importance of the void in dc discharge plasmas, we leave its consideration out of the scope of our review and only provide the references to the existing, also rather extensive literature. [212,213,220,[269][270][271][272][273][274][275][276] The void appears if the CCRF discharge power exceeds a certain threshold, as it was observed in experiments [16,55] and reproduced in simulations. [69,218,219,277] The dependence of the void onset on the pressure is not clear.…”

Phase transitions in dust structures in glow discharge in neon at cryogenic temperature

“…При образовании кластеров присутствуют признаки фазового перехода первого рода, при котором плотность частиц резко возрастает и продолжает увеличиваться с уменьшением температуры газа. Процесс образования кластеров можно рассматривать как «конденсацию» и «осаждение» пылевых частиц [12]. Пылевые структуры при температуре T = 77 К в тлеющем разряде в неоне могут быть многокомпонентными [11,12].…”

“…Процесс образования кластеров можно рассматривать как «конденсацию» и «осаждение» пылевых частиц [12]. Пылевые структуры при температуре T = 77 К в тлеющем разряде в неоне могут быть многокомпонентными [11,12]. Многокомпонентные системы представляют смесь пылевых частиц и кластеров, образованных пылевыми частицами.…”

“…Эти исследования актуальны для развития теории нуклеации, процессов роста и агломерации наноструктур и коагуляции микро-и наночастиц в плазме, а также [4][5][6] будут способствовать их развитию в области смежных наук [7,8]. При низких и криогенных температурах газа в плазме могут образоваться структуры, состоящие из пылевых кластеров [6,[9][10][11][12], и происходит Бозе-конденсация [13]. Эти кластеры, как и отдельные пылевые частицы, могут формировать узлы кристаллической решётки подобно атомам в твердом теле, а также формировать структуры в жидком и газообразном состоянии.…”

Effect of ionization waves on dust chain formation in a DC discharge

“…2016, 2018), transverse ionization instability (Zobnin et al. 2016), transformations of dust structures (Polyakov, Shumova & Vasilyak 2017), electrorheological and demixing phenomena (Dietz et al. 2017), particle kinetics (Liu et al.…”