Speaker
Description
Управление поведением и определение статистических свойств кулоновские структуры одноименно заряженных пылевых частиц микронного размера в электродинамической ловушке является одной из основных задач при экспериментальном изучении однозарядной плазмы, при создании фильтровальных и очистительных устройств и разработке новых технологий.
В предыдущей работе [1] нами были определены границы областей удержания и возникновения неустойчивости движения заряженной частицы, показана зависимость движения частицы не только от отношения ее заряда к ее массе, как следует из системы уравнений Матье, но и от силы трения, которая пропорциональна размеру движущейся частицы и является составляющей уравнения Ланжевена, описывающего движения частицы в среде. В случае наложения дополнительного электрического поля заряженные частицы, находящиеся с обеих сторон от границы устойчивости могут реагировать двояко, в зависимости от полярности и фазы приложенного напряжения. Частица, находящаяся внутри ловушки, может либо покинуть ловушку, либо остаться в ней. Частица за границей устойчивости без дополнительного электрического поля покинет ловушку, однако, при наложении дополнительного воздействия, она может начать двигаться по устойчивой траектории.
В работе представлен эксперимент и расчет воздействия внешним постоянным электрическим полем на кулоновскую систему внутри квадрупольной электродинамической ловушки.
Ловушка помещалась между двумя плоскими металлическими пластинами. Нижняя пластина заземлена, на верхнюю подавалось постоянное напряжение. Система заряженных частиц полидисперсной смеси оксида алюминия устойчиво удерживается внутри ловушки.
В работе показано, что при повышении постоянного внешнего напряжения на верхней пластине с 2 до 4 кВ — система сдвигается к верхним электродам. При напряжении 6 кВ состояние частиц в верхней части структуры менее устойчиво. И при напряжении 7 кВ часть системы удерживается над ловушкой. При снятии постоянного напряжения система возвращается в исходное устойчивое положение.
Выполнен расчет воздействия постоянным внешним полем на частицу в изначально устойчивом состоянии в ловушке. При повышении напряжения на внешних пластинах расчет также дал сдвиг частиц вверх, потерю устойчивости и вылет частицы из ловушки при приближении к верхним электродам. В этом приближении расчет с экспериментами согласуется.
Таким образом, подтверждена возможность управления кулоновскими структурами постоянным внешним полем.
В работе выполнена экспериментальная проверка возможности сепарации полидисперсной смеси заряженных частиц с помощью ловушки. Основной параметр, определяющий удержание частицы ловушкой, это отношение заряда частицы к ее массе q/m. При уменьшении напряжения на электродах ловушки электрическое поле не сможет удерживать частицы с наименьшими значениями q/m, которые будут выпадать под действием силы тяжести. Самое малое q/m будет у частиц большего размера, так как заряд на частице пропорционален радиусу или площади поверхности (квадрату радиуса), в зависимости от способа зарядки; а масса пропорциональна радиусу в кубе.
Для эксперимента использовался полидисперсный порошок оксида алюминия Al2O3. Подтверждена возможность сепарации, в работе приведены результаты.
- Доброклонская М. С., Василяк Л. М., Владимиров В. И. [и др.]. Устойчивые и неустойчивые траектории движения заряженной частицы в квадрупольной электродинамической ловушке в воздухе // Прикладная Физика. 2023. № 2. С. 29–34.
