Dusty plasma
ધૂળવાળો પ્લાઝ્મા એ એક પ્લાઝ્મા છે જેમાં માઇક્રોમીટર (10−6) થી નેનોમીટર (10−9) કદના કણો લટકેલા હોય છે. ધૂળના કણો ચાર્જ થાય છે અને પ્લાઝ્મા અને કણો પ્લાઝ્મા તરીકે વર્તે છે. ધૂળના કણો મોટા કણો બનાવી શકે છે જેના પરિણામે "ગ્રેન પ્લાઝમા" બને છે. ચાર્જ કરેલા ધૂળના કણો સાથે પ્લાઝમાના અભ્યાસની વધારાની જટિલતાને કારણે, ધૂળવાળા પ્લાઝમાને જટિલ પ્લાઝમા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. ડસ્ટી પ્લાઝમાનો સામનો આમાં થાય છેઃ સ્પેસ પ્લાઝમા પૃથ્વીનું મેસોસ્ફિયર ખાસ કરીને રચાયેલ પ્રયોગશાળાના પ્રયોગો ડસ્ટી પ્લાઝમા રસપ્રદ છે કારણ કે કણોની હાજરી ચાર્જ કરેલા કણોના સંતુલનને નોંધપાત્ર રીતે બદલે છે જે વિવિધ ઘટનાઓ તરફ દોરી જાય છે. તે વર્તમાન સંશોધનનું ક્ષેત્ર છે. અનાજ વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક જોડાણ વિશાળ શ્રેણીમાં બદલાઈ શકે છે જેથી ધૂળવાળા પ્લાઝ્માની સ્થિતિ નબળી જોડી (વાયુયુક્ત) થી સ્ફટિકીય થઈ શકે. આવા પ્લાઝમા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણોની બિન-હેમિલ્ટોનિયન પ્રણાલી તરીકે અને સ્વ-સંગઠન, પેટર્નની રચના, તબક્કાના સંક્રમણો અને સ્કેલિંગના સામાન્ય મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કરવાના સાધન તરીકે રસપ્રદ છે. લાક્ષણિકતાઓ પ્લાઝ્મામાં ધૂળનું તાપમાન તેના વાતાવરણથી તદ્દન અલગ હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકેઃ ધૂળના કણોની વિદ્યુત ક્ષમતા સામાન્ય રીતે 1-10 V (હકારાત્મક કે નકારાત્મક) હોય છે. પોટેન્શિયલ સામાન્ય રીતે નકારાત્મક હોય છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન આયનો કરતાં વધુ ગતિશીલ હોય છે. ભૌતિકશાસ્ત્ર અનિવાર્યપણે લેંગમુઇર પ્રોબનું છે જે કોઈ ચોખ્ખો પ્રવાહ ખેંચતું નથી, જેમાં ડેબી લંબાઈના થોડા ગણા જાડાઈ સાથે ડેબી આવરણની રચના સામેલ છે. જો ધૂળના કણને ચાર્જ કરતા ઇલેક્ટ્રોન સાપેક્ષ હોય, તો ધૂળ કેટલાંક કિલોવોલ્ટ સુધી ચાર્જ થઈ શકે છે. ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન, જે નકારાત્મક ક્ષમતાને ઘટાડવાનું વલણ ધરાવે છે, તે કણોના નાના કદને કારણે મહત્વપૂર્ણ હોઈ શકે છે. ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર અને હકારાત્મક આયનોની અસર વાસ્તવમાં ધૂળના કણોની હકારાત્મક ક્ષમતામાં પરિણમી શકે છે. ગતિશાસ્ત્ર પ્લાઝમામાં ચાર્જ કરેલી ધૂળની ગતિશીલતામાં રસ શનિની વીંટીઓમાં સ્પોક્સની શોધ દ્વારા વધારવામાં આવ્યો હતો. પ્લાઝ્મામાં ઘન કણોની ગતિ નીચેના સમીકરણને અનુસરે છેઃ જ્યાં શબ્દો લોરેન્ટ્ઝ બળ, ગુરુત્વાકર્ષણીય બળો, કિરણોત્સર્ગ દબાણને કારણે બળો, ખેંચાણ બળો અને થર્મોફોરેટિક બળ માટે અનુક્રમે છે. લોરેન્ટ્ઝ બળ, વિદ્યુત અને ચુંબકીય બળનું યોગદાન આના દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં E એ વિદ્યુત ક્ષેત્ર છે, v એ વેગ છે અને B એ ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે. તે ધૂળના કણો પર કામ કરતા તમામ ગુરુત્વાકર્ષણીય બળોનો સરવાળો છે, પછી ભલે તે ગ્રહો, ઉપગ્રહો અથવા અન્ય કણોમાંથી હોય અને તે કિરણોત્સર્ગ દબાણમાંથી બળનું યોગદાન છે. આ આ રીતે આપવામાં આવે છેઃ બળ વેક્ટરની દિશા, ફોટોન ફ્લક્સના આપતિત કિરણોત્સર્ગની દિશા છે. ધૂળના કણની ત્રિજ્યા છે. ખેંચાણ બળ માટે રસના બે મુખ્ય ઘટકો છે, જે હકારાત્મક આયનો-ધૂળના કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને તટસ્થ-ધૂળના કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ છે. આયન-ધૂળની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને નિયમિત અથડામણ દ્વારા, ડેબી આવરણના ફેરફારો દ્વારા અને કુલમ્બ અથડામણ દ્વારા ત્રણ અલગ અલગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં વહેંચવામાં આવે છે. થર્મોફોરેટિક બળ એ બળ છે જે પ્લાઝ્મામાં હાજર હોઈ શકે તેવા ચોખ્ખા તાપમાનના ઢાળમાંથી ઉદ્ભવે છે, અને અનુગામી દબાણ અસંતુલન; ચોક્કસ દિશાથી અથડામણથી વધુ ચોખ્ખી ગતિ પ્રદાન કરે છે. પછી કણના કદના આધારે, ચાર વર્ગો છેઃ ખૂબ નાના કણો, જ્યાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે. નાના અનાજ, જ્યાં q/m ≈, અને પ્લાઝ્મા હજુ પણ ગતિશીલતામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. મોટા કણ, જ્યાં વિદ્યુતચુંબકીય શબ્દ નગણ્ય હોય છે, અને કણોને કણ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તેમની ગતિ ગુરુત્વાકર્ષણ અને સ્નિગ્ધતા દ્વારા નક્કી થાય છે. મોટા નક્કર શરીર. સેન્ટીમીટર અને મીટર-કદના પદાર્થોમાં, સ્નિગ્ધતા નોંધપાત્ર વિક્ષેપ પેદા કરી શકે છે જે ભ્રમણકક્ષાને બદલી શકે છે. કિલોમીટર-કદના (અથવા વધુ) પદાર્થોમાં, ગુરુત્વાકર્ષણ અને જડતા ગતિ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. લેબોરેટરી ડસ્ટી પ્લાઝમાનો અભ્યાસ ઘણીવાર લેબોરેટરી સેટઅપમાં કરવામાં આવે છે. ધૂળના કણો પ્લાઝ્માની અંદર ઉગાડી શકાય છે, અથવા સૂક્ષ્મ કણો દાખલ કરી શકાય છે. સામાન્ય રીતે, નીચા તાપમાનના પ્લાઝ્માનો ઉપયોગ ઓછી માત્રામાં આયનીકરણ સાથે કરવામાં આવે છે. સૂક્ષ્મ કણો પછી ઊર્જા અને વેગ પરિવહનના સંદર્ભમાં પ્રબળ ઘટક બની જાય છે, અને તેમને અનિવાર્યપણે એક-પ્રજાતિ પ્રણાલી તરીકે ગણી શકાય. આ પ્રણાલી ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ એમ ત્રણેય શાસ્ત્રીય તબક્કાઓમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને તેનો ઉપયોગ સ્ફટિકીકરણ, તરંગ અને આઘાત પ્રસાર, ખામી પ્રસાર વગેરે જેવી અસરોનો અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. જ્યારે માઇક્રોમીટર-કદના કણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વ્યક્તિગત કણોનું નિરીક્ષણ કરવું શક્ય છે. તેમની હિલચાલ એટલી ધીમી હોય છે કે સામાન્ય કેમેરા સાથે અવલોકન કરી શકાય છે, અને સિસ્ટમના ગતિશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કરી શકાય છે. જો કે, માઇક્રોમીટર-કદના કણો માટે, ગુરુત્વાકર્ષણ એ એક પ્રબળ બળ છે જે પ્રણાલીને ખલેલ પહોંચાડે છે. આમ, પ્રયોગો કેટલીકવાર પેરાબોલિક ફ્લાઇટ્સ દરમિયાન અથવા સ્પેસ સ્ટેશન પર માઇક્રોગ્રેવિટી શરતો હેઠળ કરવામાં આવે છે. ફ્યુઝન પ્લાઝ્મા સંશોધનમાં પણ ધૂળ મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. આઇ. ટી. ઇ. આર. અને કોઈપણ ફ્યુઝન પાયલોટ પ્લાન્ટ માટે અપેક્ષિત મેગ્નેટિક કન્ફિનમેન્ટ ફ્યુઝન એનર્જી જનરેશન માટે વિસ્તૃત સમયગાળા માટે ડી-ટી પ્લાઝ્મા વિસર્જિત કરવાની જરૂર પડે છે. જો કે, આ વેક્યૂમ ચેમ્બરની અંદર ધૂળની રચના સંબંધિત પડકારો રજૂ કરે છે, જે અશુદ્ધિઓનું કારણ બને છે અને કામગીરીને અસર કરે છે. ઉચ્ચ કણો અને ઉષ્માના પ્રવાહને કારણે પ્લાઝ્મા-ફેસિંગ ઘટકો (પી. એફ. સી.) ને થતા નુકસાનને કારણે નેનોથી લઈને મિલીમીટર કદ સુધીના ધૂળના કણો ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. આઇ. ટી. ઇ. આર. જેવા ફ્યુઝન ઉપકરણોમાં, ધૂળને કારણે થતા વિક્ષેપો પી. એફ. સી. ને નોંધપાત્ર નુકસાન પહોંચાડી શકે છે, અને ઇન-વેસલ ધૂળની ઇન્વેન્ટરી મર્યાદાને પૂર્ણ કરવી આવશ્યક છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, ધૂળ (પાવડર) હકારાત્મક ભૂમિકા ભજવી શકે છે, જેમ કે ઇન-સીટૂ દિવાલ કન્ડીશનીંગ, ધાર-સ્થાનિક સ્થિતિઓનું દમન અને ડાયવર્ટરમાં ગરમીના પ્રવાહમાં ઘટાડો. પદ્મ કાંત શુક્લા-ઇન્ટ્રોડક્શન ટુ ડસ્ટી પ્લાઝમા ફિઝિક્સના સહલેખક હેરેમ્બા બેલુંગ નોટ્સ એક્સટર્નલ લિંક્સ ફોર્સચુંગગ્રુપ કોમ્પ્લેક્સ પ્લાઝમેન-ડી. એલ. આર. ઓબેરપફાફેનહોફેન રેફરન્સ ડસ્ટી પ્લાઝમાઃ ફિઝિક્સ, કેમિસ્ટ્રી એન્ડ ટેકનોલોજીકલ ઇમ્પેક્ટ્સ ઇન પ્લાઝમા પ્રોસેસિંગ, જ્હોન વિલી એન્ડ સન્સ લિમિટેડ. મર્લિનો, રોબર્ટ એલ., "એક્સપેરિમેન્ટલ ઇન્વેસ્ટિગેશન્સ ઓફ ડસ્ટી પ્લાઝમા" (2005) (પીડીએફ પ્રીપ્રિન્ટ); ડસ્ટી પ્લાઝમા, મોર્ફિલ, ગ્રેગોર ઇ. અને ઇવલેવ, એલેક્સી વી., "કોમ્પ્લેક્સ પ્લાઝમાઃ એન ઇન્ટરડિસિપ્લિનરી રિસર્ચ ફિલ્ડ", રેવ. મોડ. ફિઝ. 81, 1353 (2009) પ્લાઝ્મા પ્રકારો એસ્ટ્રોફિઝિક્સ