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Density distribution of a dust cloud in three-dimensional complex plasmas

Naumkin, Vadim und Zhukhovitskii, Dmitry und Molotkov, Vladimir und Lipaev, Andrey und Fortov, Vladimir und Thomas, Hubertus und Huber, Peter und Morfill, Gregor E. (2016) Density distribution of a dust cloud in three-dimensional complex plasmas. Physical Review E, 94 (3). American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevE.94.033204. ISSN 2470-0045.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.94.033204

Kurzfassung

We propose a method of determination of the dust particle spatial distribution in dust clouds that form in three-dimensional (3D) complex plasmas under microgravity conditions. The method utilizes the data obtained during the 3D scanning of a cloud, and it provides reasonably good accuracy. Based on this method, we investigate the particle density in a dust cloud realized in gas discharge plasma in the PK-3 Plus setup onboard the International Space Station. We find that the treated dust clouds are both anisotropic and inhomogeneous. One can isolate two regimes in which a stationary dust cloud can be observed. At low pressures, the particle density decreases monotonically with the increase of the distance from the discharge center; at higher pressures, the density distribution has a shallow minimum. Regardless of the regime, we detect a cusp of the distribution at the void boundary and a slowly varying density at larger distances (in the foot region). A theoretical interpretation of the obtained results is developed that leads to reasonable estimates of the densities for both the cusp and the foot. The modified ionization equation of state, which allows for violation of the local quasineutrality in the cusp region, predicts the spatial distributions of ion and electron densities to be measured in future experiments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/109408/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Density distribution of a dust cloud in three-dimensional complex plasmas
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Naumkin, Vadimjoint institute for high temperatures, ras, moscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhukhovitskii, Dmitryjoint institute for high temperatures, ras, moscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Molotkov, Vladimirjoint institute for high temperatures, ras, moscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lipaev, Andreyjoint institute for high temperatures, ras, moscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fortov, Vladimirjoint institute for high temperatures, ras, moscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, Hubertusdlr research group complex plasma, oberpfaffenhofenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Huber, Peterdlr research group complex plasmas, oberpfaffenhofenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morfill, Gregor E.max-planck-institut für extraterrestrische physik, giessenbachstrasse, 85748 garching, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2016
Erschienen in:Physical Review E
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:94
DOI:10.1103/PhysRevE.94.033204
Verlag:American Physical Society
ISSN:2470-0045
Status:veröffentlicht
Stichwörter:complex plasma, plasma crystal, soft matter, microgravity, ISS
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Komplexe Plasmen / Schwerelosigkeit (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Forschungsgruppe Komplexe Plasmen
Hinterlegt von: Thomas, Dr. Hubertus M.
Hinterlegt am:12 Dez 2016 09:28
Letzte Änderung:13 Jun 2023 14:08

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