The interaction of two dust particles in plasmas

Abstract

The process of charging and shielding of two dust particles is studied with a molecular dynamic method and Monte Carlo method for describing of elementary processes, such as elastic, excitation, ionization, charge exchange processes.The three-dimensional P3M molecular dynamics method [1] is applied as the most complete description of plasma particles motion and interaction with macroscopic dust grain. The interaction between plasma particles and neutral gas was simulated using MCC method. The two spherical conductive dust particles were located in nondisturbed low pressure low temperature plasma at different values of the neutral gas density. The spatial distribution of plasma particles around dust grains obtained at different interparticle distances. The formation of the common ion cloud and the effect of ion shadowing were observed at the decreasing of the interparticle distance. The dependence of the electrostatic and ion drag forces on the interparticle distance was investigated.

Представлено результати комп’ютерного моделювання заряджання та екранування пилових частинок в плазмі за допомогою методу молекулярної динаміки. Для врахування елементарних процесів в плазмі, таких як пружні зіткнення частинок, збудження та іонізація нейтральних атомів, процеси перезарядки, був використаний метод Монте-Карло. Для найбільш точного розрахунку динаміки плазмових частинок та їх взаємодії з макроскопічними пилинками був обраний тривимірний метод P3M. При моделюванні розглядалася взаємодія двох сферичних пилових частинок, що занурені у початково незбурену низькотемпературну плазму низького тиску при різних значеннях тиску нейтрального газу. Були отримані рівноважні просторові розподіли іонів та електронів навколо пилових частинок для різних відстаней між пилинками. При зменшенні відстані спостерігалося формування загальної для пилових частинок іонної хмари. Розглянуто залежність сили притягання між пилинками, що обумовлена ефектом тіньового екранування.

Представлены результаты компьютерного моделирования зарядки и экранирования двух пылевых частиц в плазме при помощи метода молекулярной динамики. Для учета элементарных процессов в плазме, таких как упругие столкновения частиц, возбуждение и ионизация нейтральных атомов, процессы перезарядки, был использован метод Монте-Карло. Для наиболее точного расчета динамики частиц плазмы и их взаимодействия с макроскопическими пылевыми частицами был выбран трехмерный метод P3M. При моделировании рассматривалось взаимодействие двух сферических проводящих частиц, помещенных в изначально невозмущенную низкотемпературную плазму низкого давления при разных давлениях нейтрального газа. Были получены равновесные пространственные распределения ионов и электронов вокруг пылевых частиц для разных расстояний между частицами. При уменьшении расстояния наблюдалось формирование общего для частиц ионного облака. Рассмотрена зависимость силы притяжения между частицами, обусловленная эффектом теневого экранирования.