Struktura fronta udarnoy volny v trekhmernoy kompleksnoy plazme

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследована сильно нелинейная волна плотности, переходящая в ударную волну, в трехмерной комплексной плазме газового разряда постоянного тока на научной аппаратуре “Плазменный кристалл-4” в условиях микрогравитации. Перепад давления плазменно-пылевой структуры в волне доминировал над трением о нейтральный газ при выбранных условиях эксперимента. Найдена скорость распространения ударной волны. Определены скорости индивидуальных микрочастиц. Восстановлены профили скорости и концентрации микрочастиц в развивающейся ударной волне. Получено хорошее соответствие экспериментальных профилей и результатов численного моделирования методом молекулярной динамики. Оценки также показали, что число Маха в набегающем потоке составило 4.3.

References

  1. H. Thomas, G. E. Morfill, V. Demmel, J. Goree, B. Feuerbacher, and D. M¨ohlmann, Phys. Rev. Lett. 73, 652 (1994).
  2. J. H. Chu and L. I, Phys. Rev. Lett. 72, 4009 (1994).
  3. Y. Hayashi and K. Tachibana, Jpn. J. Appl. Phys. 33, L804 (1994).
  4. A. Melzer, T. Trottenberg, and A. Piel, Phys. Lett. A 191, 301 (1994).
  5. V. E. Fortov, A. P. Nefedov, V. M. Torchinskiˇi, V. I. Molotkov, A. G. Khrapak, O. F. Petrov, and K. F. Volykhin, JETP Lett. 64, 92 (1996).
  6. J. U. Klamser, S. C. Kapfer, and W. Krauth, Nat. Commun. 9, 5045 (2018).
  7. H. M. Thomas and G. E. Morfill, Nature 379, 806 (1996).
  8. S. A. Khrapak, B. A. Klumov, P. Huber, V. I. Molotkov, A. M. Lipaev, V. N. Naumkin, H. M. Thomas, A. V. Ivlev, G. E. Morfill, O. F. Petrov, V. E. Fortov, Y. Malentschenko, and S. Volkov, Phys. Rev. Lett. 106, 205001 (2011).
  9. S. A. Khrapak, B. A. Klumov, P. Huber, V. I. Molotkov, A. M. Lipaev, V. N. Naumkin, A. V. Ivlev, H. M. Thomas, M. Schwabe, G. E. Morfill, O. F. Petrov, V. E. Fortov, Y. Malentschenko, and S. Volkov, Phys. Rev. E 85, 066407 (2012).
  10. S. Bose, M. Kaur, P. K. Chattopadhyay, J. Ghosh, E. Thomas, and Y. C. Saxena, Journal of Plasma Physics 85(1), 905850110 (2019).
  11. T. Bockwoldt, O. Arp, K. O. Menzel, and A. Piel, Phys. Plasmas 21, 103703 (2014).
  12. N. N. Rao, P. K. Shukla, and M. Y. Yu, Planet. Space Sci 38, 543 (1990).
  13. C. Thompson, A. Barkan, N. D’Angelo, and R. L. Merlino, Phys. Plasmas 4, 2331 (1997).
  14. S. Khrapak, D. Samsonov, G. Morfill, H. Thomas, V. Yaroshenko, H. Rothermel, T. Hagl, V. Fortov, A. Nefedov, V. Molotkov, O. Petrov, A. Lipaev, A. Ivanov, and Y. Baturin, Phys. Plasmas 10, 1 (2003).
  15. S. V. Annibaldi, A. V. Ivlev, U. Konopka, S. Ratynskaia, H. M. Thomas, G. E. Morfill, A. M. Lipaev, V. I. Molotkov, O. F. Petrov, and V. E. Fortov, New J. Phys. 9, 327 (2007).
  16. D. Samsonov, J. Goree, Z. W. Ma, A. Bhattacharjee, H. M. Thomas, and G. E. Morfill, Phys. Rev. Lett. 83, 3649 (1999).
  17. D. Samsonov, J. Goree, H. M. Thomas, and G. E. Morfill, Phys. Rev. E 61, 5557 (2000).
  18. D. Samsonov, A. V. Ivlev, R. A. Quinn, G. Morfill, and S. Zhdanov, Phys. Rev. Lett. 88, 095004 (2002).
  19. D. Samsonov, S. K. Zhdanov, R. A. Quinn, S. I. Popel, and G. E. Morfill, Phys. Rev. Lett. 92, 255004 (2004).
  20. T. E. Sheridan, V. Nosenko, and J. Goree, Phys. Plasmas 15, 073703 (2008).
  21. D. Samsonov, G. Morfill, H. Thomas, T. Hagl, H. Rothermel, V. Fortov, A. Lipaev, V. Molotkov, A. Nefedov, O. Petrov, A. Ivanov, and S. Krikalev, Phys. Rev. E 67, 036404 (2003).
  22. V. E. Fortov, O. F. Petrov, V. I. Molotkov, M. Y. Poustylnik, V. M. Torchinsky, V. N. Naumkin, and A. G. Khrapak, Phys. Rev. E 71, 036413 (2005).
  23. A. Usachev, A. Zobnin, O. Petrov, V. Fortov, M. H. Thoma, H. H¨ofner, M. Fink, A. Ivlev, and G. Morfill, Phys. Plasmas 16, 053028 (2014).
  24. S. Sch¨utt, C. A. Knapek, D. Maier, D. P. Mohr, and A. Melzer, Phys. Plasmas 32, 023704 (2025).
  25. M. Y. Pustylnik, M. A. Fink, V. Nosenko et al. (Collaboration), Rev. Sci. Instrum. 87, 093505 (2016).
  26. F. Aurenhammer, ACM Comput. Surv. 23, 345 (1991).
  27. A. V. Ivlev, M. H. Thoma, C. R¨ath, G. Joyce, and G. E. Morfill, Phys. Rev. Lett. 106, 155001 (2011).
  28. A. V. Ivlev, J. Bartnick, M. Heinen, C.-R. Du, V. Nosenko, and H. L¨owen, Phys. Rev. X 5, 011035 (2015).
  29. M. Rosenberg, Journal of Vacuum Science Technology A: Vacuum Surfaces and Films 14, 631 (1996).
  30. V. E. Fortov, A. G. Khrapak, S. A. Khrapak, V. I. Molotkov, A. P. Nefedov, O. F. Petrov, and V. M. Torchinsky, Phys. Plasmas 7, 1374 (2000).
  31. G. Joyce, M. Lampe, and G. Ganguli, Phys. Rev. Lett. 88, 095006 (2002).
  32. S. Khrapak and V. Yaroshenko, Plasma Phys. Control. Fusion 62, 105006 (2020).
  33. V. V. Zhakhovskiˇı, V. I. Molotkov, A. P. Nefedov, V. M. Torchinskiˇi, A. G. Khrapak, and V. E. Fortov, Soviet JETP Lett. 66, 419 (1997).
  34. O. S. Vaulina, S. A. Khrapak, A. P. Nefedov, and O. F. Petrov, Phys. Rev. E 60, 5959 (1999).
  35. A. P. Thompson, H. M. Aktulga, R. Berger, D. S. Bolintineanu, W. M. Brown, P. S. Crozier, P. J. in’t Veld, A. Kohlmeyer, S. G. Moore, T. D. Nguyen, R. Shan, M. J. Stevens, J. Tranchida, C. Trott, and S. J. Plimpton, Comput. Phys. Commun. 271, 108171 (2022).
  36. A. M. Lipaev, V. N. Naumkin, S. A. Khrapak, A. D. Usachev, O. F. Petrov, M. H. Thoma, M. Kretschmer, C.-R. Du, O. D. Kononenko, and A. V. Zobnin, Phys. Rev. E 111, 015209 (2025).
  37. P. S. Epstein, Phys. Rev. 23, 710 (1924).
  38. W. Sun, M. Schwabe, H. M. Thomas, A. M. Lipaev, V. I. Molotkov, V. E. Fortov, Y. Feng, Y.-F. Lin, J. Zhang, Y. Guo, and C.-R. Du, EPL (Europhysics Letters) 122, 55001 (2018).
  39. S. A. Khrapak and H. M. Thomas, Phys. Rev. E 91, 023108 (2015).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Российская академия наук