Vermillion, Katrina und Sanford, Dustin und Matthews, Lorin und Hartmann, Peter und Rosenberg, Marlene und Kostadinova, Evdokiya und Carmona-Reyes, Jorge und Hyde, Truell und Lipaev, Andrey M. und Usachev, Alexandr D. und Zobnin, Andrey V. und Petrov, Oleg F. und Thoma, Markus H. und Pustylnik, Mikhail und Thomas, Hubertus M. und Ovchinin, Alexey (2022) Influence of temporal variations in plasma conditions on the electric potential near self-organized dust chains. Physics of Plasmas, 29 (2), 023701. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0075261. ISSN 1070-664X.
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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1063/5.0075261
Kurzfassung
Self-organization of dust grains into stable filamentary dust structures (or “chains”) largely depends on dynamic interactions between individual charged dust grains and complex electric potential arising from the distribution of charges within a local plasma environment. Recent studies have shown that the positive column of the gas discharge plasma in the Plasmakristall-4 (PK-4) experiment at the International Space Station supports the presence of fast-moving ionization waves, which lead to variations of plasma parameters by up to an order of magnitude from the average background values. The highly variable environment resulting from ionization waves may have interesting implications for the dynamics and self-organization of dust particles, particularly concerning the formation and stability of dust chains. Here, we investigate the electric potential surrounding dust chains in the PK-4 experiment by employing a molecular dynamics model of the dust and ions with boundary conditions supplied by a particle-in-cell with Monte Carlo collision simulation of the ionization waves. The model is used to examine the effects of the plasma conditions within different regions of the ionization wave and compare the resulting dust structure to that obtained by employing the time-averaged plasma conditions. The comparison between simulated dust chains and experimental data from the PK-4 experiment shows that the time-averaged plasma conditions do not accurately reproduce observed results for dust behavior, indicating that more careful treatment of plasma conditions in the presence of ionization waves is required. It is further shown that commonly used analytic forms of the electric potential do not accurately describe the electric potential near charged dust grains under these plasma conditions.
elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/187636/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Titel: | Influence of temporal variations in plasma conditions on the electric potential near self-organized dust chains | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autoren: |
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Datum: | Februar 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Erschienen in: | Physics of Plasmas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Band: | 29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1063/5.0075261 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Seitenbereich: | 023701 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verlag: | American Institute of Physics (AIP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1070-664X | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stichwörter: | complex plasma, microgravity research | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 - Materialforschung und Mikrogravitation (MuM) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standort: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institute & Einrichtungen: | Institut für Materialphysik im Weltraum | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt von: | Thomas, Dr. Hubertus M. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt am: | 24 Aug 2022 14:53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Letzte Änderung: | 18 Jul 2023 11:01 |
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