In dusty radio-frequency (RF) discharges under micro-gravity conditions often a void is observed, a dust free region in the discharge center. This void is generated by the drag of the positive ions pulled out of the discharge by the electric field. We have developed a hydrodynamic model for dusty RF discharges in argon to study the behaviour of the void and the interaction between the dust and the plasma background. The model is based on a recently developed theory for the ion drag force and the charging of the dust.With this model, we studied the plasma inside the void and obtained an understanding of the way it is sustained by heat generated in the surrounding dust cloud. When this heating mechanism is suppressed by lowering the RF power, the plasma density inside the void decreases, even below the level where the void collapses, as was recently shown in experiments on board the International Space Station. In this paper we present results of simulations of this collapse.At reduced power levels the collapsed central cloud behaves as an electronegative plasma with corresponding low time-averaged electric fields. This enables the creation of relatively homogeneous Yukawa balls, containing more than 100 000 particles. On earth, thermophoresis can be used to balance gravity and obtain similar dust distributions.
ダストプラズマ中のRF放電では、微小重力条件下でしばしばボイド（放電中心部のダストのない領域）が観測される。このボイドは、電界によって放電から引き出された陽イオンの抗力によって生成される。我々は、アルゴン中のダストRF放電におけるボイドの挙動と、ダストとプラズマ背景との相互作用を研究するために、流体力学的モデルを開発した。このモデルは、イオン抗力とダストの帯電に関する最近開発された理論に基づいている。このモデルを用いて、ボイド内部のプラズマを研究し、それが周囲のダスト雲で生成される熱によって維持される仕組みを解明した。RF電力を低下させてこの加熱機構を抑制すると、ボイド内部のプラズマ密度は低下し、ボイドが崩壊するレベルにまで達する。これは、国際宇宙ステーションでの実験で最近示された結果である。本論文では、この崩壊のシミュレーション結果を提示する。電力低下時には、崩壊した中心部のダスト雲は、対応する低い時間平均電界を持つ電気陰性プラズマとして振る舞う。これにより、10万個以上の粒子を含む比較的均一な湯川ボールの生成が可能になる。地球上では、熱泳動を利用して重力を釣り合わせ、同様のダスト分布を得ることができる。