Сборник тезисов 9-ой Международной научной конференции «современные достижения физики и фундаментальное физическое образование»

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
69 
смеси  гелий – воздух,  в  различных  экспериментальныхусловиях  снимались  фотографии 
плазмы высокой четкости. Результаты показали что, длина в основном зависит от амплитуды 
напряжения и скорости потокагаза, в то время как она остается практически невосприимчи-
вой к изменениемчастоты. Также было выявлено изменение величин тока и напряжения, не-
обходимых  для  ионизации  инертных  газов.  Была  определена  величина  мощности  энергии, 
необходимой для оптимальных параметров плазмы.  
-5
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
20,0
22,5
25,0
27,5
30,0
32,5
35,0
37,5
40,0
42,5
45,0
47,5
T, 
0
C
t, sec
 3 L/min
 4 L/min
 5 L/min
 6 L/min
 
Рисунок 2. Зависимость температуры калориметра в конце плазменой струи от расхода 
газа (гелий). 
 
Далее было исследовано влияние плазмы на клетки бактерии. Полученные в ходе ис-
следований результаты показали, что при помощи микроплазмотрона можно получить низ-
котемпературную  плазму  атмосферного  давления.  В  будущем  планируется  исследование 
плазмы, получаемой на основе диэлектрического барьерного разряда, в экологических и аг-
ропромышленных целях.  
 
1.  M. Laroussi and T. Akan, “Arc-free atmospheric pressure cold plasma jets: A review,” 
Plasma Process. Polym., vol. 4, no. 9, pp. 777–788, 2007. 
2.  Weltmann K.D., Kindel E.T. von Woedke, Hahnel M., Bradenburg R. Atmospheric-
pressure plasma sources: prospective tools for plasma medicine. 2010. No. 6. P. 1223-1237. 
3.  Ussenov Y.A., Ramazanov T.S., Gabdulin M.T., Dosbolayev M.K., Daniyarov T.T. // 
Book of Abstracts: International conference on research and applications of plasmas. Warsav, Pol-
and, 2015. 
4.  Е.А.  Үсенов,  М.Т.  Габдуллин, M.K. Досболаев,  Т.Т.  Данияров, T.С.  Рамазанов // 
Электрические  и  оптические  свойства  диэлектрического  барьерного  разряда,  Вестник 
КазНУ, серия физическая. 2016.No. 1(56), P. 12-16. 
5.  Ussenov Y.A., Ramazanov T.S., Gabdulin M.T., Dosbolayev M.K., Daniyarov T.T. // In-
vestigation of electrical and optical properties of dielectric barrier discharge. Physical Sciences and 
Technology. Vol. 2 (No. 1), 2015. P. 9-12. 
 
 
 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
70 
 
ПАРНЫЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ  МИКРОРАЗРЯДНЫХ СТРУКТУР В 
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ 
 
Е.А. Үсенов
1
, Т.С. Рамазанов
2
, М.Т.  Габдуллин
1
, М.К. Досболаев
2
, Т.Т. Данияров
1 
 
1 
КазНУ им. аль-Фараби, ННЛОТ, аль-Фараби, 71, 050040, Алматы 
2 
КазНУ им. аль Фараби, НИИЭТФ, аль-Фараби, 71, 050040, Алматы 
 
Диэлектрический  барьерный  разряд  (ДБР)  в  воздухе  обычно  состоит  из  множества  микро-
разрядов, которые взаимодействуют между собой и образуют самоорганизующиеся структу-
ры [1-3]. Для анализа таких структур применяются различные методы на основе видео и фо-
то  регистрации  и  такие  методы  как  диаграмма  (многогранники)  Вороного,  парная  корреля-
ционная  функция  и  т.д. [4]. Изучение  микроразрядных  структур  с  помощью  парно-
корреляционной функции (радиальная функция распределения) вызывает большой интерес, 
поскольку она дает более подробную информацию об упорядоченности самоорганизующих-
ся  структур  и  часто  используется  как  основной  метод  анализа  в  статистической  физике,  в 
кристаллографии  и  для  анализа  сильно-связанных  Кулоновских  систем  в  пылевой  (ком-
плексной)  плазме [5,6]. В  данной  работе  приведены  результаты  анализа  микроразрядных 
структур  диэлектрического  барьерного  разряда  воздуха  методом  парно  корреляционных 
функций при разных напряжениях на разрядной ячейке. 
 
11,8 12,0 12,2 12,4 12,6 12,8 13,0 13,2 13,4 13,6
0
50
100
150
200
250
300
350
Number of
 mi
crodischarges
Vdisch, (kV)
11,9 kV
12,5 kV
12,8 kV
13,4 kV
 
(A) 
11,8 12,0 12,2 12,4 12,6 12,8 13,0 13,2 13,4 13,6
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
a, (
mm)
Vdisch., (kV)
 
(B) 
 
Рис. 1: Число микроразрядов (A) и  среднее расстояние между ними (B) в разрядной ячейке диэлек-
трического барьерного разряда воздуха в зависимости от напряжения разряда. 
 
Экспериментальная  установка  состоит  из  разрядной  ячейки,  системы  измерения  электрических 
характеристик  и  системы  видеонаблюдения.  Разрядная  ячейка  из  двух  диэлектриков  из  обычного 
стекла размером 120 x 65 мм, один из которых покрыт алюминиевой фольгой размером 70 х 45 мм., а 
другой тонким слоем прозрачного пластика на которого нанесен прозрачный  проводящий материал. 
Алюминиевая  фольга  служит  в  качестве  высоковольтного  электрода,  заземленным  электродом 
является  пластик  покрытый  прозрачным  проводящим  материалом (ITO). Электроды  расположены 
плоско  параллельно  и  разделенымежду  собой  с  помощью  стекла  толщиной 2 мм.  Диэлектрический 
барьерный разряд был получен в воздухе при атмосферном давлении с помощью  синусоидального 
высоковольтного  генератора  при  диапазоне  напряжении 11,5-13,4 кВ  и  при  частоте 25 кГц.  Для 
регистрации тока и напряжения разряда были использованы высоковольтный щуп Tektronix P6015 и 
цифровой  осциллограф  фирмы LeCroy Wave Jet 354A. Для  видеорегистрации  микроразрядов  была 
использована  обычная CCD камера  с  частотой 25 к/сек.После  подачи  напряжения  около 11,5 кВ  к 
электродам,  в  разрядной  ячейке  наблюдаются  первые  микроразрядные  каналы.  Дальнейшее 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
71 
увеличение  напряжения  разряда  до 13,4 кВ    ведет  к  росту  количества  микроразрядов  в  разрядной 
ячейке  и  к  уменьшению  среднего  расстояния  между  микроразрядами.  На  рисунке 1 показаны 
количество  микроразрядов  и  среднее  расстояние  между  ними  при  разных  напряжениях  разряда. 
Радиальные  парные  корреляционные  функции  показывают  рост  первого  пика  с  ростом  напряжения 
разряда (рисунок 2). 
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
g(r)
r/a
 11,9 kV
 12,5 kV
 12,8 kV
 13,4 kV
 
11,9 kV 
12,5 kV 
12,8 kV 
13,4 kV 
Рис. 2: Парные корреляциоинные функции микроразярдных структур в ДБР при разных 
напряжениях разряда и при частоте 25 кГц 
 
 
При относительно низких напряжениях, когда число микроразрядов недостаточно для 
полного заполнения разрядной ячейки наблюдается неупорядоченная структура. Поскольку 
сила  Кулоновского  отталкивания  между  зарядами  на  поверхности  диэлектрика  больше  чем 
сила Лоренца  между микроразрядами [7], уменьшение расстояния между микроразрядами (с 
увеличением напряжения) приводит к увеличению взаимодействия между ними. За счет это-
го наблюдается несколько пиков на корреляционой функции и уменьшение их ширины, что 
говорит об упорядоченности структуры и наличии дальнего порядка взаимодействия. 
 
1. U. Kogelschatz, IEEE Trans. Plasma Sci. 30 (2002)1400–8.  
2. T. Callegari, B. Bernecker and J. P. Boeuf, Plasma Sources Sci. Technol. 23 (2014) 
054003. 
3. Yu. Akishev, G. Aponin, A. Balakirev, M. Grushin and etc. all , Plasma Sources Sci. Tech-
nol. 20(2011) 024005. 
4. A. Chirokov, A. Gutsol, A. Fridman, K. D. Sieber, J. M. Grace and K. S. Robinson, Plasma 
Sources Sci. Technol. 13 (2004) 623–635 
5.  T.S. Ramazanov, T.T. Daniyarov, S. A. Maiorov, S.K. Kodanova and etc. all.  Contr. 
Plasma Phys.  51(6) (2011) 505-508. 
6.  M.K. Dosbolayev, A.U. Utegenov, T.S. Ramazanov, T.T. Daniyarov, Contr. Plasma Phys. 
53(4-5) (2013) 426-431. 
7.  T. Shirafujia, T. Kitagawa, T. Wakai, and K. Tachibana, Applied Physics Letters, 83 
(2003) 2309–2311. 
 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
72 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ КЕЙГЕНОВОЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ И КО-
ЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ДЛЯ ТРЕХМЕРНОЙ ЮКАВАВСКОЙ ЖИДКОСТИ 
 
Р.У. Машеева
1
, К.Н. Джумагулова
1
, З. Донко
2
, Т.С. Рамазанов
1
,  
П. Хартман
2
, Т. Отт
3
, М. Бониц
3 
 
1
НИИЭТФ, Казахский Национальный Университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, 
Алматы, 050040, Казахстан 
2
Институт физики твердого тела и оптики, Вигнеровский исследовательский центр  
Академии наук Венгрии, Н-1525 Будапешт, Венгрия 
3
Институт теоретической физики и астрофизики, 
Кильский университет имени 
Кристиана 
Альбрехта, Лейбниц 15, 24098 Киль, Гремания 
ranna_m@mail.ru
; 
 
Сильно связанная плазма характеризуется потенциальной энергией взаимодействия, которая 
превышает  среднюю  кинетическую  энергию  частиц.  Такая  система  довольно  широко  рас-
пространенавприроде, также часто встречается в различных лабораторных установках. Ши-
рокое разнообразие физических явлений, происходящих в такой  системеделает их интерес-
ным объектом для исследования [1,2]. В последнее время, влияние магнитного поля на свой-
ства сильно связанной пылевой плазмы является одним из важных тем [3,4]. 
В данной работе представлены результаты по применению метода компьютерного мо-
делирования для исследования влияния внешнего однородного магнитного поля на квазило-
кализацию частиц сильно связанной трехмерной пылевой системы. Квазилокализация частиц 
[5] количественно характеризуется кейгеновой корреляционной функцией, исследования ко-
торой были осуществлены для разных значении параметров системы.  
Детальное  компьютерное  моделирование  и  исследование  физических  свойств  такой 
системы  было  проведено  на  основе  Юкавской  модели  взаимодействия,  учитывающей  кол-
лективные эффекты экранировки поля заряда пылинки окруженной плазмой буферного газа:  
0
exp(
/
)
( )
,
4
D
r
Q
r
r





                                                 (1) 
 
где 
Q
- заряд частиц и 
D

- Дебаевская длина экранировки. Соотношение межчастичной по-
тенциальной и тепловой энергий выражается через параметр связи: 
2
0
/ 4
,
 
B
Q
ak T

где
T
-
температура,
1/3
(3 / 4
)
a
n


 - трехмерный радиус Вигнера-Зейтца и 
n
 - плотность частиц.  
Для реализации метода молекулярной динамики все пространство разбивается на рав-
ные ячейки (куб), т.е. частицы двигаются в пространстве 
( , , )
x y z
и предполагается, что маг-
нитное поле однородно и направлено вдоль оси
z , то есть 
(0,0, )


B
B
 и параметр магнитного 
поля выражается следующим образом: 
 
,
c
p




                                                             (2) 
 
где 
/
c
QB m


 - циклотронная и 
2
0
/
p
nQ
m



 - трехмернаяплазменная частота. 
Таким  образом  параметр 

  и  другие  безразмерные  параметры  безразмерными 
параметрами 

 и 
/
D
a



 (параметр экранировки) полностью характеризуют поведение 
системы.  

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
73 
Кейгеновая корреляционная функция была вычислена вдоль и поперек направлению 
магнитного поля, что связано с анизотропией в системе, которая возникает с учетом влия-
ния  магнитного  поля.  После  этого,  на  основе  времени  затухания  кейгеновой 
корреляционной  функции  был  получен  коэффициент  диффузии  частиц  вдоль  и  поперек 
направлению магнитного поля 

B
. Данные результаты были сравнены с результатами, по-
лученными с помощью метода среднеквадратичного смещения частиц.  
Рисунок 1 показывает  сравнение  между  приведенным  коэффициентом  диффузии 
*
2
/ (
)
p
D
D
a


, вычисленный на основе кейгеновой корреляционной функции, где значе-
ние 
0.71
a


 - характерная длина прыжков, и коэффициентом диффузии, вычисленный на 
основе среднеквадратичного смещения при разных значений магнитного поля. Это значе-
ние 

близко к среднему разделению частиц 
,
 a  то есть это значение можно рассматри-
вать  как  длину  прыжка  частиц,  при  котором  они  меняют  свои  позиции.  Коэффициенты 
диффузии, полученные двумя способами, показывают хорошее согласие между собой для 
всех значений параметров системы 
, , .

 
 
 
10
100
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
100
10
-3
10
-2
10
-1
10
0

= 1

= 0
 
 
D
*

 
 
D
*


 = 1

 = 0.5
 
 
 
Рис. 1: Приведенный коэффициент диффузии
*
2
/ (
)
p
D
D
a


, полученный с помощью кейгено-
вой корреляционной функции (символы) и методом среднеквадратичного смещения частиц 
(линия) 
 
References 
[1] S. A. Khrapak, M. H. Thoma, M. Chaudhuri, G. E. Morfill, A. V. Zobnin, A. D. Usachev, 
O. F. Petrov, V. E. Fortov, Phys. Rev. E. 87 (2013) 063109. 
[2] O. F. Petrov, V. E. Fortov, Contrib. Plasma Phys. 53 (2013)  767. 
[3] P. Hartmann, Z. Donkó, T. Ott, H. Kählert and M. Bonitz, Phys. Rev. Lett.111 (2013) 155002;  
M. Bonitz, Z. Donkó, T. Ott, H. Kählert, and P. Hartmann, Phys. Rev. Lett.105  (2010) 055002. 
[4] T. Ott and M. Bonitz, Phys. Rev. Lett.107  (2011) 35003. 
[5] K. N. Dzhumagulova, R. U. Masheeva, T. S. Ramazanov and Z. Donkó, Phys. Rev. E89 (2014) 
033104. 
 
 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
74 
 
РАЗБРОС ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИВ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ ПЛАЗМЕ 
 
Ю.В. Архипов
1
, А. Аскарулы
1
, А.Б. Ашикбаева
1
, И.М. Ткаченко
2
 
 
1
КазНУ им. аль-Фараби, Алматы-Казахстан  
2
Валенсийский политехнический университет, Испания 
 
Одним из наиболее перспективных направлений в энергетике является получение энергии с 
использованием  реакции  управляемого  термоядерного  синтеза  (УТС),  основанной  на  слия-
нии легких ядер с последующим выделением огромного количества энергии. Один из типов 
реактора УТС – реактор инерционного удержания, в котором термоядерная плазма создается 
при сжатии таблетки из твердого термоядерного топлива при помощи пучков лазерного из-
лучения или ускоренных потоков тяжелых ионов. Основным преимуществом такого подхода 
является возможность более сильного нагрева плазмы [1]. При этом движущаяся в среде бы-
страя  частица  теряет  энергию,  испытывая  множество    отдельных  столкновений.  Этот  дис-
кретный процесс подвержен статистическим флуктуациям. В результате одинаковые части-
цы,  имевшие  одну  и  ту  же  начальную  скорость,  не  будут  обладать  в  точности  одинаковой 
энергией после прохождения в однородной среде слоя толщиной 
dx
. Величина потерь энер-
гии 
dE
имеет флуктуации. Такое явление называется страгглингом и рассчитывается по сле-
дующей формуле [2]: 
 




2 2
2
2
1
0
2
0
0
2
1
2
1 Im
,
P
k
P
z e
dk
d
N
k
k




 

 










 

. 
  (1) 
Здесь 
 
1
1


T
K
B
e
N



- функция Ферми-Дирака, где 
p
Z e  и 

 - заряд и скорость налетающей 
частицы,  
под 
F

 подразумевается скорость Ферми.  
Настоящая работа посвящена исследованию флуктуации энергии в неидеальной двух-
компонентной  плазме  на  основе  метода  моментов [3], который  не  требует  наличия  малых 
параметров системы и применим для любых потенциалов  межчастичных взаимодействий. 
Суть  метода  моментов  состоит  в  том,  что,  функция  линейного  отклика  системы,  на-
пример,  обратная  диэлектрическая  функция 
1
1
Im
( , )
k

 

 ,  может  быть  восстановлена  по 
первым сходящимся степенным моментам ее мнимой части, причем эти моменты являются 
коэффициентами  асимптотического  разложения  функции  отклика  на  высоких  частотах. 
Важно, что прямое вычисление степенных моментов осуществляется независимо, на основе 
теории линейного отклика, и они выражаются через статические структурные характеристи-
ки системы.  
Запишем формулу Неванлинны, определяющую диэлектрические свойства среды, в ви-
де 
2
2
2
2
2
2
1
(
( , ))
1
1
( , )
(
( ))
(
( ))
p
z Q k
k
z z
k
Q z
k

 









,  
 
 
       (2) 
здесь 
2
1
2
0
( ) /
( )
C k C k


, 
2
2
4
2
( ) /
( )
C k C k


, 
5
2
2
2
1
(1
)
( , )
( )
( )
p
A
i
Q k
k
k



 



 – функция класса Неван-
линны, 
 


lim
,
/
0, Im
0
z
Q k z
z
z



, 
3/4
5/4
2
3
s
A
r

. 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
75 
Параметры  ( )
v
C k  определены как степенные частотные моменты четной функции по-
терь: 
1
1
1
( )
Im
( , )
v
v
C k
k
d




 



 

.   
 
 
 
(3) 
Вычисление моментов позволяет записать выражения для них в виде: 
1
0
2
2
4
4
( ) 1
( ,0),
,
( )
(1
( )
( )
).
p
p
C k
k
C
C k
K k
U k
H

 








   
 
 
 
(4) 
Здесь 
2
2
2
2
2
2
( )
2
e
p
p
v
k
k
K k
m



 






, 
 
 
 
 
(5) 
2
2
0
1
( )
6
ei
e i
H
q S q dq
Z n n




, 
 
 
 
 
(6) 
 


 


2
2
0
1 / 2
1
,
U k
n
p S p
f p k dp









,   (7) 
а 
2
e
v
 – квадрат  средней  тепловой  скорости  электронов, 
m
 – их  масса,    – постоянная 
Планка, а 
2
p
  – квадрат плазменной частоты, 
2
2
2
2
3
(
)
( , ) 5 /12 (
/ 4 )
ln
8
k
p
p k
f p k
p
k
pk
p k






. 
Подставляя выражение для диэлектрической проницаемости (2) в формулу для потерь 
энергии (1), получим результаты, представленные на рисунке и которые имеют хорошее со-
гласие  с результатами других авторов [4]. 
 
Работа  была  выполнена  в  рамках  гранта 
МОН  РК  № 3119/ГФ4,  на  базе  НИИЭТФ  при 
КазНУ им. аль-Фараби. 
 
Литература: 
1. JacobyJ.,  HoffmannD.H.H., 
LauxW., MullerR.W., WahlH., WeyrichK., et. al. 
Stopping of heavy ions in a hydrogen plasma. // 
Phys.Rev.Lett. – 1995. - Vol.74. - P. 1550-1553. 
2. 
A. Bret and C.Deutsch Straggling 
of an extended charge distribution in a partially 
degenerate plasma // Physical Rewiew E V.48, N.4. 
p. 2989-2993, 1993. 
3. 
Tkachenko I.M., Arkhipov Yu.V., 
Askaruly A. The method of moments and its appli-
cations in plasma physics. – Germany: Lap Lam-
bert Academic Publishing, 2012. - 125 р. 
График разброса потерь энергии 
Сплошная линия -  
1.1
G =
, 
2.5256
s
r =
, 
пунктирная линия  - 
11
0.
G =
, 
2.5256
s
r =
,  
где  
2
4
4
B
e n
  
- формула Бора для флуктуа-
ции энергии. 
 
4. 
Manuel D. Barriga-Carrasco Target electron collision effects on energy loss straggling of 
protons in an electron gas at any degeneracy // Physics of Plasmas 15, 033103 (2008). 

The 9
th
 International Conference «Modern  
achievements of physics and fundamental physical education»  
 
October , 12-14, 2016, Kazakhstan, Almaty 
______________________________________________________________________________________________________
 
 
76 
 

жүктеу/скачать 11,53 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: