Goree, John and Bin, Liu and Pustylnik, Mikhail and Thomas, Hubertus M. and Fortov, Vladimir and Lipaev, Andrey and Molotkov, Vladimir and Usachev, Alexandr and Petrov, Oleg and Thoma, Markus and Thomas, Edward and Konopka, Uwe and Prokopiev, Sergey (2020) Correlation and spectrum of dust acoustic waves in a radio-frequency plasma using PK-4 on the International Space Station. Physics of Plasmas, 27, p. 123701. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0024500. ISSN 1070-664X.
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Abstract
Dust acoustic waves were investigated in an experiment under microgravity conditions, using the European Space Agency-Roscosmos facility PK-4 on the International Space Station. A three-dimensional dust cloud was confined in a glow-discharge plasma powered by a radio-frequency coil in low-pressure neon gas. Low-frequency dust acoustic waves (DAWs) were spontaneously excited due to the flowing ions in the plasma. Dust motion was imaged using video cameras, yielding the position for individual dust particles. Besides these particle-level measurements, the dust was also measured as a fluid continuum to obtain its velocity and density fluctuations. A space–time diagram of the dust-fluid velocity reveals that the waves changed properties as they propagated across the dust cloud, in the direction of the ion flow. Density fluctuations were characterized by a wave spectrum, indicating the emergence of collective vibration modes in a broad range of wave numbers. The decay of the modes was characterized by density correlation functions. Fitting the correlation functions to an analytical model yields an experimental measurement of the dispersion relation for DAWs, which is compared to that of linear theory.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/140600/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Correlation and spectrum of dust acoustic waves in a radio-frequency plasma using PK-4 on the International Space Station | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 2020 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Physics of Plasmas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1063/5.0024500 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | p. 123701 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | American Institute of Physics (AIP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1070-664X | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | complex plasma, microgravity research, ISS, low temperature plasma | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R FR - Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Komplexe Plasmen / Zero gravity (old) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Materials Physics in Space > Research Group Complex Plasma | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Thomas, Dr. Hubertus M. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 25 Jan 2021 09:02 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 25 Jan 2021 09:02 |
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