بخشی از مقاله
چکیده
به کمک مدل دوسیالی، دینامیک و نحوه ورود یونهاي مثبت موجود در یک پلاسماي گرم و مغناطیده به ناحیه غلاف پلاسمایی بررسی می شود. در این بررسی، ابتدا با استفاده از معادله هاي هیدرودینامیکی، چگونگی تشکیل ناحیه غلاف در این پلاسماها بررسی می گردد و تاثیر پارامترهاي مختلف پلاسما مانند دماي یونهاي مثبت، دماي الکترونها و بزرگی و جهت میدان مغناطیسی اعمال شده بر تشکیل این ناحیه مشخص می شود. در ادامه به منظور بررسی صحت نتایج تحلیلی بدست آمده، تغییرات چگالی ذرات باردار - الکترونها و یونها - در ناحیه غلاف پلاسمایی به روش عددي مورد بررسی قرار خواهد گرفت و نشان داده خواهد شد که اگر سرعت اولیه یونها به هنگام ورود به ناحیه غلاف پلاسمایی در شرط بدست آمده در این مقاله صدق نکند، ناحیه غلاف پلاسمایی تشکیل نخواهد شد.
مقدمه
مطالعه پلاسماهاي مغناطیده و نحوه برهمکنش ذرات باردار موجود در آنها با دیواره از دیر باز مورد توجه پژوهشگران بوده استبذم. بیشتر آنها در این مطالعات به بررسی نحوه ورود یونها به ناحیه غلاف پلاسمایی و رفتار دینامیکی یونها در این ناحیه پرداخته اند زیرا بسیاري از کاربردهاي جدید پلاسما مانند تغییر ویژگی هاي سطح مواد از طریق کاشت یون، پردازش نیمه رساناها، برانگیخته کردن امواج یونی-صوتی و ... بطور مستقیم به دینامیکی یونها درناحیه غلاف پلاسمایی مرتبط است.
آنها در این بررسی یونهاي مثبت را یک سیال گرم در نظر گرفتند و از اثرات مربوط به یونیزاسیون و بازترکیب صرفنظر کردند. بررسی آنها نشان داد که با در نظر گرفته شدن اثرات حرارتی یونهاي مثبت شرط ورود این یونها نسبت به شرط متداول همیشگی - بزگتر بودن سرعت یون در لبه ناحیه غلاف از سرعت یونی-صوتی - تغییر خواهد کرد. آنها همچنین نشان دادند در این حالت سرعت یون هاي مثبت در مرز پلاسما-غلاف باید در یک بازه خاص قرار گیرد که مقدار بیشینه و کمینه این بازه به اثرات برخوردي و نیز پتانسیل در مرز پلاسما-غلاف وابسته بود.
در سال ختتل زو و همکارانشبزم به بررسی رفتار یونهاي مثبت در یک پلاسماي مغناطیده پرداختند. در این بررسی یونهاي مثبت بعنوان یک سیال سرد در نظر گرفته شدند و از برخورد بین این یونها با ذرات یونیزه نشده موجود در محیط صرفنظر گردید. آنها نشان دادند که در این حالت شرط ورود براي یونهایی که در راستاي عمود بر دیواره به درون ناحیه غلاف وارد می شوند با حالتی که میدان مغناطیسی به پلاسما اعمال نشده یکسان آنهااست.
همچنین نشان دادند در حضور نیروي لورنتس حرکت یونها بطرف دیواره بر روي یک مسیر مارپیچ اتفاق خواهد افتاد. همچنین خواص الکترودینامیکی مربوط به ناحیه غلاف در یک پلاسماي مغناطیده و چند مولفه اي - شامل بیش از یک نوع ذره باردار مثبت - در دو حالت برخوردي و غیر برخوردي مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که نسبت چگالی گونه هاي مختلف یونهاي مثبت موجود در ناحیه غلاف می تواند باعث تغییر ویژگی هاي این ناحیه گرددبخ ,صم. این بررسی در غیاب اثرات حرارتی یونها و نیز اثرات یونیزاسیون و بازترکیب صورت گرفت. در این مقاله و در تعمیم نتایج قبلیب، ,خم می خواهیم رفتار دینامیکی یونها در یک پلاسماي گرم و مغناطیده را بررسی کنیم.
براي این منظور ابتدا شرط ورود یونها به یک پلاسماي گرم، مغناطیده و غیر برخوردي به روش تحلیلی محاسبه می شود. پس از محاسبه شرط مذکور و ارزیابی صحت آن از طریق مقایسه آن با چند حالت خاص، به منظور ارایه تصویري روشن از چگونگی تاثیر این شرط بر تشکیل ناحیه غلاف پلاسمایی و نیز ویژگی هاي این ناحیه به بررسی عددي تغییرات منحنی چگالی ذرات باردار - یون و الکترون - در ناحیه غلاف به ازاي مقادیر مختلف سرعت اولیه یونها در مرز ناحیه غلاف - سرعت بوهمی - پرداخته خواهد شد و با توجه به این منحنی ها، صحت شرط محاسبه شده براي ورود یونها بطور عملی مورد تایید قرار خواهد گرفت.
