Экспериментальные и теоретические исследования сильнонеравновесных процессов, в том числе неравновесных фазовых переходов, в активных кулоновских, в том числе плазменно-пылевых, системах

Проведены экспериментальные исследования неравновесных фазовых переходов в кулоновских структурах из частиц различной формы и материала, а именно из эллипсоидных частиц с различной долей покрытия поверхности металлом в плазме емкостного высокочастотного разряда. Установлено, что изменение динамики движения частиц и эволюция коллоидных структур при воздействии лазерного излучения различной мощности оказались возможными в результате наличия у частиц анизотропии поглощающего покрытия. Сделан вывод, что при наличии анизотропии поверхности и формы коллоидных частиц изменяется характер движения частиц от броуновского до вихревого, появляется разделение среди частиц по эффективности преобразования энергии лазерного излучения в энергию собственного движения, и становится возможным неравновесный фазовый переход в коллоидной системе таких частиц при изменении мощности лазерного излучения. В результате анализа среднеквадратичного смещения частиц установлено, что динамика движения макрочастиц изменяется и соответствует трем режимам: удержание ловушкой, броуновское движение и комбинированное направлено-хаотическое движение. В результате анализа зависимости кинетической энергии, распределения по скоростям частиц от мощности воздействующего лазерного излучения установлено, что макрочастицы из поглощающих материалов с анизотропией по форме и поверхности являются активными броуновскими частицами и обладают различными кинетическими свойствами, что приводит к неравновесным фазовым переходам в коллоидной системе при изменении интенсивности внешнего воздействия. Проведено теоретическое исследование дрейфового движения заряженной пылевой частицы микронного размера в переменном электрическом поле электродинамической ловушки с учетом концевых эффектов в газовой среде при атмосферном давлении. Определены геометрические области захвата частицы внутри ловушки в зависимости от размера частицы, ее заряда и частоты переменного поля. Модернизирован экспериментальный стенд, который позволяет исследовать концевые эффекты в линейной квадрупольной электродинамической ловушке. Экспериментально подтверждена теоретически предсказанная аксиальная сила, удерживающая заряженные частицы внутри ловушки. Теоретически рассмотрен процесс отражения заряженных частиц от переднего фронта солитона и солитоно-подобного потенциала. Показано, что отражение является абсолютно упругим в бесстолкновительном (консервативном) случае и абсолютно неупругим при наличии вязкостных диссипаций. В первом случае, скорость частиц отраженных частиц будет близка к удвоенной скорости волны. Во втором случае скорость отраженных частиц примерно равна скорости волны, частицы как бы «прилипают» к переднему фронту солитона или нелинейной волны. Частицы испытывают затухающие колебания, прежде чем остановиться в точке равновесия. Проведен анализ колебаний, рассчитаны их спектры, декременты затухания и другие параметры. Кратко рассмотрено прикладное значение полученных результатов. Впервые получены аналитические выражения спектральных плотностей случайных процессов в открытой диссипативной системе нескольких несимметрично взаимодействующих частиц. Представлен новый экспериментальный метод, основанный на анализе спектральной плотности случайных процессов, не требующий специальной конструкции экспериментальной установки, внешних возмущений системы. Проведено численное моделирование цепочечной системы в широком диапазоне параметров, на основе полученных данных успешно проведена проверка метода. Впервые детально изучены силы эффективного взаимодействия макрочастиц в цепочечных структурах в плазме ВЧ-разряда в зависимости от её ключевых параметров.Исследовано распределение зарядов идентичных макрочастиц вдоль цепочечной структуры.Обнаружено, что суммарная сила, с которой соседние частицы действуют в поперечном направлении на каждую из частиц в цепочке, является притягивающей, т.е. возвращающей в положение равновесия(на оси цепочки) вышедшую из него в результате активного броуновского движения частицу.