Complex cryogenic plasma is theoretically and experimentally studied. In a cryogenic plasma the Debye length becomes smaller and the shielding length becomes comparable to a dust size. Dust charging in a cryogenic plasma is examined in detail by considering the polarization effect on a dust particle due to charged plasma particles. Electrons are found to be attracted to a dust particle when they come closer to a dust particle within a distance from the surface of a dust particle given by Δr = a ((ε − 1)exp(a/λD)/2|Zd|(1 + a/λD)(2ε + 3))1/2, where a is the radius of a spherical dust particle, ε is the dielectric constant of the dust particle, Zd is the charge state of a dust particle and λD is the Debye length. Microscopic electron collection flux balancing with desorption electron flux determines the dust charge. Negatively charged dust particles form two-dimensional crystal structures and the displacement from the equilibrium positions shows normal modes with a dispersion relation. Experimental study determines dust charges on a cryogenic temperature.
複雑な低温プラズマを理論的および実験的に研究した。低温プラズマ中では、デバイ長が小さくなり、遮蔽長がダストのサイズと同程度になる。帯電したプラズマ粒子によるダスト粒子への分極効果を考慮して、低温プラズマ中のダスト帯電を詳細に調べた。電子がダスト粒子の表面からΔr = a ((ε − 1)exp(a/λD)/2|Zd|(1 + a/λD)(2ε + 3))1/2 の距離まで近づくと、電子がダスト粒子に引き寄せられることが見出された。ここで、a は球形ダスト粒子の半径、ε はダスト粒子の誘電率、Zd はダスト粒子の電荷数、λD はデバイ長である。微視的な電子捕集フラックスと脱離電子フラックスの釣り合いがダスト電荷を決定する。負に帯電したダスト粒子は二次元結晶構造を形成し、平衡位置からの変位は分散関係を持つ正常モードを示す。実験的研究により、低温におけるダスト電荷が決定された。