Deeltjessimulatie van het effect van een sterk magnetisch veld op het laadproces van stofdeeltjes

De elektrische lading van stofdeeltjes levert een grote bijdrage aan de evaluatie van plasma’s in laboratoriumexperimenten, in de ionosfeer en in hun interplanetaire toestand. De stofdeeltjes zouden eerst vrij van lading moeten zijn, terwijl uiteindelijk de elektronen en ionen in botsing komen met het oppervlak van het stof en een grote kans hebben om eraan te blijven kleven en zo geladen te raken. Sommige factoren zoals foto-emissie, secundaire elektronenemissie, thermische emissie en elektromagnetische velden kunnen bijdragen aan het aantal elektrisch geladen stofdeeltjes^{17, 18}. Orbital finite motion (OML) is een populaire methode om de bewegingsrichting van elektronen en ionen te volgen, terwijl het verschillende krachten in een plasma kan beïnvloeden, botsingsdoorsneden kan bepalen en de elektrische lading van stof bij evenwicht kan berekenen.^{19, 20}.

Hier wordt aangenomen dat het stofdeeltje een geleidende bolvorm heeft, en dus het stofoppervlakpotentieel, φ_sdie afhangt van de elektrische lading / capaciteitsverhouding van de geleidende bol, φ_s = x/c, waar, \({\text{C}}=4\pi \varepsilon_{0}{\text{r}}_{\text{d}}}\) is de sferische stofcapaciteit²¹. De meeste elektronen worden vanwege hun lagere massa en hogere temperatuur meer blootgesteld aan stofdeeltjes dan aan ionen, wat een negatieve lading op het stofdeeltje veroorzaakt (φ_s <0). De netto lading kan positief zijn op het stof, en_s > 0 door rekening te houden met andere factoren zoals de emissie van elektronen vanaf het stofoppervlak als gevolg van de emissie van licht. Het oplossen van de bewegingsvergelijkingen voor elektronen en ionen onthult de intensiteit van ionen- en elektronenflux naar stof met de voorwaarde φ_s <0 is waar²²:

Anders, φ_s > 0 voor positief stof:

waar z_l is de mate van ionisatie, T_l is de ionentemperatuur, en T_H is de temperatuur van het elektron. symbolen, k_B En ik_0αIs de Boltzmann-constante en de beginstroomsterkte voor respectievelijk elektronen en ionen:

waar_H en N_l zijn respectievelijk het aantal elektronen en ionen per volume-eenheid, terwijl m_α Het is e of i voor massa, en q_αHet is of e of ik verantwoordelijk. De straal van de stofdeeltjes, r_dr meestal slechts enkele micrometers, en de lading van de stofdeeltjes houdt het aantal elektronen en ionen in evenwicht.

door de equalizer in te voeren. (5) in vgl. (6), de negatieve en positieve mogelijkheden zijn respectievelijk de opbrengsten:

beide vergelijkingen. (7) en (8) zijn de tijdsevolutie van de elektrische lading van stofdeeltjes²³.

Om de botsingen tussen stofdeeltjes en elektronen of ionen te evalueren, werd de Monte Carlo-methode toegepast. Elektronen en ionen hebben een doorsnede van σ_H en σ_l en energie e_H en e_l , respectievelijk berekend door Vgl. (9) en (10) en stationaire stofdeeltjes met een Q-lading_dr straal p_dr Ontworpen volgens de OML-theorie¹⁹:

waar E._H en e_lis de energie van het elektron en ion in eV. De doorsneden zijn onderhevig aan momentum en energiebesparing van de elektronen en ionen die interageren met de stofdeeltjes, dus de doorsneden zijn geldig voor de elektronen en ionen omdat ze worden geabsorbeerd of afgewezen door de stofdeeltjes²⁴.

De in dit model toegepaste botsingsdoorsneden tussen elektronen en ionen zijn vergelijkbaar met die in²⁵. Hieruit wordt de Coulomb-doorsnede, σ, van elektronen- en ionenverstrooiing door vaste stofdeeltjes gehaald²⁶:

waarbij α en de twee op elkaar inwerkende deeltjes zijn, is μ hun gereduceerde massa, dicht bij de elektronen- of ionenmassa vanwege een grote stofdeeltjesmassa, lnΛ is log coulomb ~10, e_αen e_βzijn deeltjesladingen, s_dris de lading van het stofdeeltje, en E._αis de energie van een elektron of ion in eV.