Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
Начнем рассмотрение овойотв плазмы разряда переменного тока повышенной частоты о анализа изменений напряженности продольного электричеокого поля и функции распределения электронов по периоду разрядного тока. В гл.З мы уже обращали внимание на то, что в рамзауэровоких газах (-Ar, Xr9 Xe) сильная падающая зависимость подвижнооти электронов от их средней энергии должна приводить в динамичеоком разряде к особенностям изменения во времени напряженности электричеокого поля. Эта особенности ярко проявляются в разряде переменного тока повышенной чаототы.
Из выражения для полного тока через плазму:
Ц1)~2%е\<1)Е<1)$*п^1)у df-nB*be(l)E<l)ne<i)
видно, что при ле(і)=const напряженность поля должна изменяться во времени следующим образом: E(I) ~ і{і)/Ье(1). Для рамзауэровоких газов Ъ9^(кТеГъ^29 поэтому увеличение напряженности поля, приводящее к росту оредней энергии электронов, вызывает уменьшение их подвижности, причем изменения TO-
185
ка и подвижнооти электронов проиоходят в противофазе (максимум тока соответствует минимуму подвижнооти). Следовательно, напряженность электричеокого поля должна изменяться во времени по закону, более оильному, чем гармоничеокий. Подвижность электронов в разряде в омеои паров ртути о неоном слабее зависит от температуры электронов: be~(kTeysl2, поэтому отличие изменения во времени E(I) от Ul) будет значительно меньше.
На рио.4.22 приведены результаты измерения E(I) в двух разрядах переменного тока повышенной частоты. Разрядный ток
был близок к синуооидаль-
Hg+Ar
Hg+Ne
Рио.4.22.
ному. Эти данные полностью подтверждают высказанные соображения: ,в разряде в омеои Kg-Ш изменения Ed) близки к изменению тока, в разряде Hg-Ar напряженность поля меняетоя более оильно, чем ток* При этой существует довольно длительная фаза тока разряда, когда e(i) ^Eq9 что приближает разряд переменного тока повышенной частоты в омеои паров ртути о аргоном к импульоно-периодиче-окому разряду*
Результаты измерения по энергиям, концентрации полупериода
функции распределения электронов электронов и их средней энергии в разные моменты изменения разрядного тока в омеои Eg-Ar приведены на рис.4.23. Завиоимооти. представленные на рис.4.23,а, были получены при
РАгш * T°Pf * s 0f* ^ "5^ мко; Ha V^jkrb возле кривых указано время после начала периода тока при і(ї) = 0. Завиоимооти. предотавленяые на рис.4.23,^, получены в следующих уоловиях: Я « 1 ом. рЛт « 2 тор. і = 0.2 A9 JV0 =» 2•1O14 см*^,
Г » 67 мко. е0 = 2,4 эВ, Ti00
'0P» 1 "
ом . Как видим, функ-
ция распределения и средняя энергия электронов заметно изме-
186
няются во времени, а их концентрация практически поотоянна.Как н следовало ожидать, значение ле неоколько больше стационарного (пе0)9 а усредненная во времени энергия неоколько меньше ?q. Эти отличия не велики, тем не менее они лежат за пределами погрешности измерения относительных изменений этих величин.
Рио.4.23.
Раочет характеристик плазмы разряда переменного тока повышенной чаототы будем проводить, следуя работе Г 30]. При этом сделаем ряд дополнительных предположений по оравнению о рассмотрением плазмы импульоно-периодичеокого разряда. Необходимость дополнительных упрощений задачи вызвана тем, что случай гармонически меняющегося тока оложнее случая импульоного тока. Вычисление интегралов-оверток о функцией распределения электронов по энергиям в условиях синуооидального тока без дополнительных упрощений веоьма затруднительно.
Положим, что функция распределения электронов в облаоти до порога возбуждения атома ртути является маковелловокой, за порогом возбуждения она описываетоя функцией /0<") =*
187
= f0<ui> «жр [-«(u-iii)]. b гл»3 оыло показано, что при расчете электрокинетичеоких характеристик плазмы такие допущения вполне допустимы. Выражение для окорости возбуждения при этом упроотитоя и будет выглядеть следующим образом:
где V я У8кТе 1(%тп) - оредняя окорооть электронов; - коэффициент, определяющий более быотрый опад функции распределения за порогом возбуждения атома ртути (ом. гл.З).
Уравнения баланоа плазмы разряда переменного тока повышенной чаототы рассмотрим, разделив их для удоботва на соответствующие уравнения стационарной плазмы. Учтем также то,что мы решили ограничиться наиболее проотым и интереоным случаем неизменнооти во времени концентраций электронов и метаотабильных атомов ртути.
1. Уравнение полного тока через плазму:
E(I) Ul) пе0 Ъ*(кТ*л) . — (4 д.
E0 I0 л€ Ъе(кТе) «г
Подвижнооть электронов Ъе(кТе) в рамзауэровоких газах пропорциональна (JcTeY~3l2 о хорошей степенью точнооти, поэтому
Ьв<*Г«)"\ кТе0/ ~У '
где ушкТ^1(кТе0). Нулевым индексом, как и прежде, отмечены характеристики плазмы стационарного разряда. 2. Уравнения баланоа энергии электронов:
Ье(кТе) Е*(1) H1) Ul+utn N7n *mrBmr+zmo*m
(4.10)
Здесь учтен нагрев электронов вследствие ооударений второго рода о метаотабильными атомами ртути. Это необходимо оделять, иначе модуляция температуры электронов будет происходить до нуля (при E(I)= O)9 что не ооответотвует действительности.
