Структура фронта ударной волны в трехмерной комплексной плазме

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Об авторах

Д. А Заморин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН; Московский физико-технический институт

Email: zamorin.da@phystech.edu
Москва, Россия; Долгопрудный, Россия

А. В Зобнин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН

Email: zobnin@ihed.ras.ru
Москва, Россия

А. М Липаев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН

Email: lipaev@ihed.ras.ru
Москва, Россия

Р. А Сыроватка

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН

Москва, Россия

В. Н Наумкин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН

Москва, Россия

А. Д Усачев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН

Москва, Россия

О. Д Кононенко

Федеральное государственное бюджетное учреждение “Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина”

Звездный городок, Россия

М. Х Тома

I. Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universitat

Gießen, Germany

М. Кречмер

I. Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universitat

Gießen, Germany

Ч. -Р Ду

College of Physics, Donghua University

Shanghai, People’s Republic of China

О. Ф Петров

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН

Москва, Россия

Список литературы

  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).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025