Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ПРИЭЛЕКТРОДНЫЕ явления — процессы в газовых разрядах в неоднородной по концентрации, тецц-ре и др. параметрам плазме, заключённой между электродом и почти однородной плазмой. В противоположность однородному положителъному столбу плазмы, где ток протекает под действием электрич. поля, в приэлектродных областях значит, роль играют переноса процессы заряж. частиц за счёт диффузии и под действием градиента темп-ры, В цепосредств. близости от электрода распределения электронов и нонов по скоростям, как правило, отличаются от распределения Максвелла.
Сложность П, я. определяется не только разнообразием условий, в к-рых они протекают, но и необходимостью во мн. случаях рассматривать явления как вблизи электрода, так и иа срамом электроде при взаимном влиянии их друг на друга. Это обстоятельство характеризует состав и свойства приэлектродной плазмы. Так, напр., существование и самоподдержание вакуумного дугрвого разряда определяются образованием катодных пятен и эрозией материала катода.
В сильноточных разрядах с термоэмиссионным катодом в сильноточных дуговых разрядах вдали от электрода устанавливается не только почти однородное, ио также и почти равновесное состояние либо для всей плазмы в целом, либо в отдельности для электронов и тяжёлой компоненты (атомов н ионов). В этом случае под П. я. понимают явления в области между Электродом и цочти равновесной плазмой, в к-рой последовательно релакспруют приэлектродные возмущения. В этой области устанавливаются квааиней тральное тъ плазмы, максвелловские ф-ции распределения за-риж. частиц, ионизационное равновесие, выравниваются темп-ры электронов и тяжёлой компоненты плазмы, Релаксация приэлентродных возмущений происходит на определённых характерных длинах (длины свободного пробега, длины установления квазинейтральности и т. п.), к-рые можно рассмотреть на примере плазмы с достаточно большой концентрацией электронов, реализующейся, напр., в сильноточных разрядах.
Ленгмюровский слой. ИоиныЙ ток на границе плазма — электрод. Характерной длиной установления квазинейтральиости термодинамически равновесной плазмы является дебаевский радиус экранирования rjy => Yk Tjtuinety где » и T — концентрация и темп-ра невозмущённой плазмы. В отсутствие равновесия, при протекании тока, приэлектродный слой пространственного заряда расширяется, образуя т. н. ленгмюро-вскую оболочку, протяжённость к-рой L0 в случае неэмиттирующего электрода при достаточно большом падении напряжения U0 в слое (CZ0 » k Т) может быть оценена из закона 3/2 Ленгмюра:
*
ZeUt mL*
(I)
эде. j — плотность тока из плазмы на электрод, т — MftQca ааряэд, частиц, переносящих ток. Выражение (1) справедливо, когда длина свободного пробега заряж. частиц превышает L0. В случае контакта отрицательно Нарушенного электрода с плазмой иа электрод течёт иовяый ток и заряд электрода компенсируется зарядом ионов,, заполняющих леигмюровскую оболочку толщиной
V Иоиы, входящие в леигмюровскую оболочку, долж-jui быть предварительно ускорены так, чтобы их скорость Vj иа границе оболочки удовлетворяла условию t>i > YkTJmi (т. и. критерий Бома). Точку, я н-рой достигается скорость Vi = Vk Те/т 1, условно считают граничной, отделяющей квазинейтральную Нлазиу от ленгмюровского слоя. Т. к. обычно Tf > Tit 70 в квазинейтральиой плазме на расстоянии порядка дляиы свободного пробега иона 1\ существует сильное для ионов электрич. поле, обеспечивающее необходимое1 ускорение ионов до энергий ~ k Te (рис. 1).
Pie. 1. Потенциальная диаграмма на границе плазмы с отрицательно заряженным електродом: А — работа вы-
хода, ф(ас) — электростатический потенциал; ва нуль отсчё-да принят потенциал на гра-шпш квазинейтральной плавны с. ленгмюровской оболочкой.
е<р(х)
При этом плотность ионного тона ва электрод *¦ еп\/кТв!тх, где п — концентрация иойов на границе кв&йинейтральной плазмы. Протяжённость ленгмюровской оболочки L0 ~ rD{Te)(eUJk Te)*f*.
Есйи отри цат. электрод является эмиттером электродов, то становится существенной напряжённость электрич. поия E0 иа поверхности электрода, определяющая величину Шоттки эффекта;
Et=SnVr2m\U Je^Ji- Yте/Щ j,
(2)
где [’ -т- плотность тока эмиссии катода.
, Цри }* — ~]/TniImeIi электрич. поле E0 — 0 п леиг-мюровская оболочка представляет собой двойной электрический слой ионов и электронов, в к-ром пространственный заряд плазменных ионов компенсируется заряд дом катодных электронов (область 2, рис. 2). При эмис-сйоййом токе Jg > ~\/т\1те}{ электрич. поле на катоде становится тормозящим для иатодных электронов и у катода возникает минимум потенциала — виртуальный катод, увеличивающий эфф. работу выхода катода.
рис. 2, Возникновение виртуального катода: J — область, где Преобладают плавменные ионы; і — область, где преобладают катодные электроны.
Величина мин. потенциала такова, что > эфф. эмиссия электронов с катода в плазму остаётся иа уровне
= V«4/m. Ii- .... ,:
Выражения для L0, Eq и /?*. справедливы ^лишь при весьма больших значениях eUJk Te, т. и. поправки к этим, выражениям ~ Л/k TJe U0. Образование внр; туальйого катода обнаруживается экспериментально в разряда^ с термозмиссиониым катодом по резкому ограничению электронной эмиссии с катода в плазму при увеличении темп-ры катода.
