940 resultados para Ondas em plasmas


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No presente trabalho, estudamos a absorção e amplificação de ondas eletromagnéticas que se propagam em plasmas com densidade e temperatura fracamente inomogêneas, imersos em um campo magnético também inomogêneo, tendo como base a teoria cinética, dentro do contexto da aproximação local. Esse estudo se dá efetivamente a partir da obtenção do tensor dielétrico do plasma, que deve ser empregado na relação de dispersão. Iniciamos com uma revisão dos conceitos básicos sobre plasmas homogêneos e inomogêneos. Os fundamentos da teoria cinética também foram abordados. Apresentamos uma revisão de trabalhos anteriores que enfocam o mesmo tema, embora descrevendo separadamente os dois tipos de inomogeneidades. A partir desses trabalhos, obtivemos um tensor dielétrico geral, que descreve de forma simultânea as inomogeneidades do campo magnético de equilíbrio e da função distribuição de equilíbrio.Tal tensor foi obtido a partir de um sólido desenvolvimento teórico, que garante a correta descrição da troca de energia entre as ondas e as partículas do plasma. Abordamos os aspectos gerais das instabilidades de deriva, direcionando o estudo à faixa de frequência das ondas híbridas inferiores, e às instabilidades LHDI e MTSI (IWI). Utilizamos perfis lineares de inomogeneidades de campo magnêtico ambiente e densidade para modelar a região da magnetosfera conhecida como neutral sheet. Particularizamos o tensor dielétrico para o estudo específico das instabilidades LHDI e MTSI (IWI), para o tipo de perfil citado acima. Apresentamos uma nova rela»c~ao de dispers~ao para plasmas inomogêneos, que incorpora explicitamente as derivadas espaciais do tensor dielétrico do plasma. Usamos o tensor que unifica os tratamentos das inomogeneidades do campo e densidade nessa relação de dispersão, e obtivemos uma descrição unificada das instabilidades LHDI e MTSI (IWI).

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Neste trabalho, estudamos a interação de íons com um conjunto quase-monocromático de ondas eletrostáticas de frequência na faixa das frequências híbridas inferiores, propagando-se perpendicularmente a um campo magnético uniforme. Consideramos que as fases das ondas são aleatoriamente distribuídas (ondas incoerentes), tratando o caso de ondas de fases coerentes (ondas coerentes) como um caso particular. Derivamos o Hamiltoniano adequado a esse sistema, e deduzimos as equações de movimento, cujas soluções são analisadas numericamente, mostrando a ocorrência de difusão estocástica no espaçoo de fase ângulo-ação, para amplitudes de onda suficientemente grandes. Também fazemos estimativas sobre a amplitude mínima (threshold) para o aparecimento de ilhas de primeira ordem no espaço de fase. Estimamos, também, o limiar para as ilhas de segunda ordem e de ordens maiores, bem como o limiar de estocasticidade. A análise mostra que para o caso de várias ondas o comportamento estocástico ocorre antes do limiar de estocasticidade comparado com o caso de uma onda. No caso de ondas coerentes, observa-se que o limiar de estocasticidade diminui com o aumento do número de ondas que comp˜oem o conjunto de ondas, proporcionalmente ao inverso da raiz quadrada deste número, portanto, tendendo a ser nulo no limite em que o número de ondas no pacote tende a infinito. No caso de ondas incoerentes, observa-se também uma diminuição do limiar de estocasticidade com o aumento do número de ondas, mas nesse caso, saturando com valor até um terço do valor do limiar de estocasticidade para o caso de uma onda. Observa-se também que o limite superior da região de estocasticidade no espaço de fase aumenta com o aumento do número de ondas. No caso de ondas coerentes, esse aumento é proporcional à raiz cúbica do número de ondas que compõem o conjunto de ondas. No caso de ondas incoerentes o limite superior da região de estocasticidade têm um aumento de até o dobro em relação ao caso de uma onda. A análise também mostra que o mecanismo da estocasticidade para o caso de várias ondas é diferente do mecanismo atuante no caso de uma onda. No caso de uma onda, a estocasticidade ocorre por superposição de ilhas de ordens maiores do que um, com o aumento da intensidade da onda. No caso de várias ondas, a presençaa de ondas de frequências próximas à frequência de ressonância causa pequenas perturbações na trajetória principal das partículas, causada pela onda central, espalhando-a pelo espaço de fase de forma mais eficiente que o mecanismo de estocasticidade para o caso de uma onda.

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Interacciones no lineales de ondas de Alfvén existen tanto para plasmas en el espacio como en laboratorios, con efectos que van desde calentamiento hasta conducción de corriente. Un ejemplo de emisión de ondas de Alfvén en ingeniería aeroespacial aparece en amarras espaciales. Estos dispositivos emiten ondas en estructuras denominadas “Alas de Alfvén”. La ecuación derivada no lineal de Schrödinger (DNLS) posee la capacidad de describir la propagación de ondas de Alfvén de amplitud finita circularmente polarizadas en un plasma frío. En esta investigación, dicha ecuación es truncada con el objetivo de explorar el acoplamiento coherente, débilmente no lineal y cúbico de tres ondas cerca de resonancia. De las tres ondas, una es linealmente inestable y las otras dos son amortiguadas. Por medio de la utilización de este modelo se genera un flujo 4D formado por tres amplitudes y una fase relativa. En trabajos anteriores se analizó la transición dura hacia caos en flujos 3D.2005). Se presenta en este artículo un análisis teórico y numérico del comportamiento del sistema cuando la tasa de crecimiento de la onda inestable es muy próxima a cero y considerando amortiguamiento resistivo, es decir se satisface una relación cuadrática entre amortiguamientos y números de onda. Al igual que en los trabajos anteriores, se ha encontrado que sin importar cuan pequeña es la tasa de crecimiento de la onda inestable existe un dominio paramétrico, en el espacio de fase, donde aparecen oscilaciones caóticas que están ausentes para una tasa de crecimiento nula. Sin embargo diagramas de bifurcación y dominios de estabilidad presentan diferencias con respecto a lo estudiado anteriormente.

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Interacciones no lineales de ondas de Alfvén existen tanto para plasmas en el espacio como en laboratorios, con efectos que van desde calentamiento hasta conducción de corriente. Un ejemplo de emisión de ondas de Alfvén en ingeniería aparece en amarras espaciales. Estos dispositivos emiten ondas en estructuras denominadas “Alas de Alfvén”. La ecuación Derivada no lineal de Schrödinger (DNLS) posee la capacidad de describir la propagación de ondas de Alfvén de amplitud finita circularmente polarizadas tanto para plasmas fríos como calientes. En esta investigación, dicha ecuación es truncada con el objetivo de explorar el acoplamiento coherente, débilmente no lineal y cúbico de cuatro ondas cerca de resonancia (k1 + k2 = k3 + k4). La onda 1 que corresponde al vector de onda k1 puede ser linealmente inestable y las tres restantes ondas 2, 3 y 4, correspondientes a k2, k3 y k4 respectivamente, son amortiguadas. Por medio de la utilización de este modelo se genera un flujo 5D formado por cuatro amplitudes y una fase relativa. En una serie de trabajos previos se ha analizado la transición dura hacia caos en flujos 3D (Sanmartín et al., 2004) y 4D (Elaskar et al., 2005; Elaskar et al., 2006; Sánchez-Arriaga et al., 2007). Se presenta en este artículo un análisis teórico-numérico del comportamiento del sistema cuando la tasa de crecimiento de la onda inestable es nula.

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Customized magnetic traps were developed to produce a domain of dense plasmas with a narrow ion beam directed to a particular area of the processed substrate. A planar magnetron coupled with an arc discharge source created the magnetic traps to confine the plasma electrons and generate the ion beam with the controlled ratio of ion-to-neutral fluxes. Images of the plasma jet patterns and numerical vizualizations help explaining the observed phenomena.

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Cancer is one of the most life-threatening diseases with many forms still regarded as incurable. The conventional cancer treatments have unwanted side effects such as the death of normal cells. A therapy that can accurately target and effectively kill tumor cells could address the inadequacies of the available therapies. Atmospheric gas plasmas (AGP) that are able to specifically kill cancerous cells offer a promising alternative approach compared to conventional therapies. AGP have been shown to exploit tumor-specific genetic defects and a recent trial in mice has confirmed its antitumor effects. The mechanism by which the AGP act on tumor cells but not normal cells is not fully understood. A review of the current literature suggests that reactive oxygen species (ROS) generated by AGP induce death of cancer cells by impairing the function of intracellular regulatory factors. The majority of cancer cells are defective in tumor suppressors that interfere normal cell growth pathways. It appears that pro-oncogene or tumor suppressor-dependent regulation of antioxidant/or ROS signaling pathways may be involved in AGP-induced cancer cell death. The toxic effects of ROS are mitigated by normal cells by adjustment of their metabolic pathways. On the other hand, tumor cells are mostly defective in several regulatory signaling pathways which lead to the loss of metabolic balance within the cells and consequently, the regulation of cell growth. This review article evaluates the impact of AGP on the activation of cellular signaling and its importance for exploring mechanisms for safe and efficient anticancer therapies.

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Cold atmospheric pressure plasma (APP) is a recent, cutting-edge antimicrobial treatment. It has the potential to be used as an alternative to traditional treatments such as antibiotics and as a promoter of wound healing, making it a promising tool in a range of biomedical applications with particular importance for combating infections. A number of studies show very promising results for APP-mediated killing of bacteria, including removal of biofilms of pathogenic bacteria such as Pseudomonas aeruginosa. However, the mode of action of APP and the resulting bacterial response are not fully understood. Use of a variety of different plasma-generating devices, different types of plasma gases and different treatment modes makes it challenging to show reproducibility and transferability of results. This review considers some important studies in which APP was used as an antibacterial agent, and specifically those that elucidate its mode of action, with the aim of identifying common bacterial responses to APP exposure. The review has a particular emphasis on mechanisms of interactions of bacterial biofilms with APP.

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The unique plasma-specific features and physical phenomena in the organization of nanoscale soild-state systems in a broad range of elemental composition, structure, and dimensionality are critically reviewed. These effects lead to the possibility to localize and control energy and matter at nanoscales and to produce self-organized nano-solids with highly unusual and superior properties. A unifying conceptual framework based on the control of production, transport, and self-organization of precursor species is introduced and a variety of plasma-specific non-equilibrium and kinetics-driven phenomena across the many temporal and spatial scales is explained. When the plasma is localized to micrometer and nanometer dimensions, new emergent phenomena arise. The examples range from semiconducting quantum dots and nanowires, chirality control of single-walled carbon nanotubes, ultra-fine manipulation of graphenes, nano-diamond, and organic matter to nano-plasma effects and nano-plasmas of different states of matter. © 2013 Taylor and Francis Group, LLC.

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We report a nanoscale synthesis technique using nanosecond-duration plasma discharges. Voltage pulses 12.5 kV in amplitude and 40 ns in duration were applied repetitively at 30 kHz across molybdenum electrodes in open ambient air, generating a nanosecond spark discharge that synthesized well-defined MoO 3 nanoscale architectures (i.e. flakes, dots, walls, porous networks) upon polyamide and copper substrates. No nitrides were formed. The energy cost was as low as 75 eV per atom incorporated into a nanostructure, suggesting a dramatic reduction compared to other techniques using atmospheric pressure plasmas. These findings show that highly efficient synthesis at atmospheric pressure without catalysts or external substrate heating can be achieved in a simple fashion using nanosecond discharges.

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Plasma-based techniques offer many unique possibilities for the synthesis of various nanostructures both on the surface and in the plasma bulk. In contrast to the conventional chemical vapor deposition and some other techniques, plasma-based processes ensure high level of controllability, good quality of the produced nanomaterials, and reduced environmental risk. In this work, the authors briefly review the unique features of the plasma-enhanced chemical vapor deposition approaches, namely, the techniques based on inductively coupled, microwave, and arc discharges. Specifically, the authors consider the plasmas with the ion/electron density ranging from 10^10 to 10^14 cm−3, electron energy in the discharge up to ∼10 eV, and the operating pressure ranging from 1 to 10^4 Pa (up to 105 Pa for the atmospheric-pressure arc discharges). The operating frequencies of the discharges considered range from 460 kHz for the inductively coupled plasmas, and up to 2.45 GHz for the microwave plasmas. The features of the direct-current arc discharges are also examined. The authors also discuss the principles of operation of these systems, as well as the effects of the key plasma parameters on the conditions of nucleation and growth of the carbon nanostructures, mainly carbon nanotubes and graphene. Advantages and disadvantages of these plasma systems are considered. Future trends in the development of these plasma-based systems are also discussed.

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We report on the application of cold atmospheric-pressure plasmas to modify silica nanoparticles to enhance their compatibility with polymer matrices. Thermally nonequilibrium atmospheric-pressure plasma is generated by a high-voltage radio frequency power source operated in the capacitively coupled mode with helium as the working gas. Compared to the pure polymer and the polymer nanocomposites with untreated SiO2, the plasma-treated SiO2–polymer nanocomposites show higher dielectric breakdown strength and extended endurance under a constant electrical stress. These improvements are attributed to the stronger interactions between the SiO2 nanoparticles and the surrounding polymer matrix after the plasma treatment. Our method is generic and can be used in the production of high-performance organic–inorganic functional nanocomposites.

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The term ‘plasmon’ was first coined in 1956 to describe collective electronic oscillations in solids which were very similar to electronic oscillations/surface waves in a plasma discharge (effectively the same formulae can be used to describe the frequencies of these physical phenomena). Surface waves originating in a plasma were initially considered to be just a tool for basic research, until they were successfully used for the generation of large-area plasmas for nanoscale materials synthesis and processing. To demonstrate the synergies between ‘plasmons’ and ‘plasmas’, these large-area plasmas can be used to make plasmonic nanostructures which functionally enhance a range of emerging devices. The incorporation of plasma-fabricated metal-based nanostructures into plasmonic devices is the missing link needed to bridge not only surface waves from traditional plasma physics and surface plasmons from optics, but also, more topically, macroscopic gaseous and nanoscale metal plasmas. This article first presents a brief review of surface waves and surface plasmons, then describe how these areas of research may be linked through Plasma Nanoscience showing, by closely looking at the essential physics as well as current and future applications, how everything old, is new, once again.

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Nanosecond dynamics of two separated discharge cycles in an asymmetric dielectric barrier discharge is studied using time-resolved current and voltage measurements synchronized with high-speed (∼5 ns) optical imaging. Nanosecond dc pulses with tailored raise and fall times are used to generate solitary filamentary structures (SFSs) during the first cycle and a uniform glow during the second. The SFSs feature ∼1.5 mm thickness, ∼1.9 A peak current, and a lifetime of several hundred nanoseconds, at least an order of magnitude larger than in common microdischarges. This can be used in alternating localized and uniform high-current plasma treatments in various applications.

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Graphene and carbon nanotubes are the most promising nanomaterials for application in various modern nanodevices. The successful production of the nanotubes and graphene in a single process was achieved by using a magnetically enhanced arc discharge in helium atmosphere between carbon and metal electrodes. A 3-D fluid model has been used to investigate the discharge parameters.