Nonlinear phenomena in screening of highly charged grains in plasmas

Abstract

Nonlinear effects in screening a high-Z grain immersed in a plasma background were investigated by means of microscopic Monte-Carlo simulations and within the Poisson-Boltzmann theory. A distinct difference from the linear Debye-Hückel approximation was detected in the case of a strong plasma-grain coupling. It effected in the accumulation of the induced plasma charge on the grain surface, accompanied by a sharp enhancement of screening. The critical value of the parameter associated with the beginning of that plasma ’condensation’ was determined.

Нелінійні ефекти в екрануванні сильнозаряджених макрочастинок, занурених у плазму, досліджено шляхом мікроскопічних моделювань методом Монте-Карло та в рамках теорії Пуасона-Больцмана. Різка відмінність від лінійного наближення Дебая-Хюкеля виявлена у випадку сильного зв’язку плазми з колоїдною частинкою. При цьому відбувається накопичення індукованого плазмового заряду на поверхні частинки, що супроводжується різким підсиленням ефекту екранування. Визначено критичне значення параметра, за якого починається плазмова конденсація.