Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
' Электролиний ток ка границе плазма — электрод. Функции распределения. Следующей характерной длиной является длина свободного пробега заряж. частиц. На длине свободного пробега понов в квазинейтральной плазме формируется сильно анизотропное и ускоренное до энергий ~ JtTf распределение ионов. На длине свободного пробега электронов Ie формируется их угл. распределение, к-рое на границе с отрицательно заряженным. электродом анизотропно, причём величина анизотропии рпределяртси. отношением eVJkTe. Анизотропия уменьшаете^ при увеличении е UJkTv и при eUJkTe » 1, когда электроны покидают плазму в осн. лишь в цределах узкого телесного угла ^kTJeUti, анизотропия их , ф-ции распределения уже перестаёт сказываться на величине топа. Ф-ция распределения электронов в плазме перед задерживающим потенциальным барьером определена для произвольных значений eUJkTe из решения кинетического уравнения Болщг мана.
При удалении от электрода ф-ции распределения заряж. частиц изотропизуются. Обычно плавма в при-электродно?! слое ионизована слабо, и иэотропизация происходит' при Столкновениях заряж. частиц с нейтральными., Столкновения ионов с нейтралами, близкими ко массе к пц, приводят не только к изотр^пизации, но и к образованию максвелловского распределения дли ненов с темп-рой Ti,1 совпадающей с темп-рой нейтралов Tn.
Установление максвелловского распределения для эдеитроиов в сильноточный разридах происходит, иак правило, за счёт межэлектронных столкновений. Вследствие затруднённого обмена энергией между электронами и тижёлой компонентой темп-ра электронов Te в приэлектродном слое отличается от Тн, обычно Te > Tn. В слабоиоиизов/ плазме длина, иа к-рой устанавливается максвелловское распределение для электронов, обычно порядка» длнны релаксации анергии L, = VDeWWl где De - к оэф.^ дпффузи и электронов, = m1</*/*',f/2*/-' XeiAn — времи релаксации энергия электрона, А — кулонорский' логарифм, \f — = тг?}2 — кгінетич. энергия элбктро^а. Ljf увеличи$а-ется с увеличением ? и для быстрых электродов о « « eU0 часто Lg » Ie. В этом случае ф-ция распределения электронов по энергиям }е(?) в дрлэлектродном слбё может существенно отличаться -of распределения Максвелла. Йоскольку ток на границе плазма — электрод переносится исключительно быстрыми электронами с f ^ eU0, то немаксвелловская ф-ция распределения влияет Aa величину тока. Если электрод явАрется, поглощающей стенкой, то эмиссия электронов из плазмы на электрод приводит к обеднению быстрыми электронами н к соответствующему уменьшению тока. При наличии эмиссии электронов с электрода часть упруго рассеянных в плазме элёктронов возвращается иа эмиттер н поток поступающих в плазму электронов тоже уменьшается. При учёте обоих эффектов ток на контакте плазмы с катодом
<о> 1 -і
U^j [l-rL(TK,Tt)]---‘*tiveexVl-eUjkTe)\l-tl2{Te)], t * • 4
здесь Tk -г- темп-ра катода, ri к гй — кинетич. ноэф. отражения. При большой величине ги иогда I — T1 « 1, имеет место соотношение:
123
ПИЮДВКТРОДНЫЕ
ДНЫЕ
V»
LjieU9)
Hs соотношения детального равновесия между прямыми и обратным потоками цри Tk — Te и /в -1ItlCnvtX Xexpf— eUolkTf) следует, что гх(Те, Te) — rt(Te). За счёт парных столкновений быстрых электронов катодной эмиссии с осн. массой тепловых электронов плазмы происходят релаксация энергии быстрых Электронов и нагрев тепловых электронов; им передаётся энергия jg С/у, полученная ускоренным катодным пучком в леигмюровской оболочке. Приведённые выш» выражения, для i/^ и/е справедливы при Lg » Ie, когда релаксации энергии предшествует изотрониэацня быстрых электронов. Для этих условий создана теория релаисации электронных пучков в плазме; типичные расчётные ф-цни распределения f(w) при гг, га «; 1 приведены иа рис, 3; u>! =*= — wp(«) — полная
энергия электрона. За нуль отсчёта потенциала <р(х), иак и выше, принят потенциал пйвзмы иа границе с леиг-мюровской оболочкой. Ф-ция распределения на этой границе резко немаксвелловская (кривая/) за счёт ин-жекциив плазму быс*рых электронов иатодной эмиссии. С удалением от катода эта иемаисвелловосТь уменьшается (иривые Zi 3 на рис. 3).
Рве. 8. Функция распределения электронов в прикатодном слое водородной плавны (при давле-
ния рм
.Co)
10 Top і =JO А/см*, Ub — 0 В; степень ионизации плаамы 0, «>= 2 • ID-1): J — *=0 (г ранни а плавны с лекгмюровс-кой оволочкой); 2 — х = Q,1 L^.
а — х «и 0,25LjiL^at 0,025 си;
пункпф'— распределение Максвелла).
9 Ю U дг,»В
124
В случае ^ І, в релаксации катодного пучка электронов существ, роль могут играть коллективные нроцессы, в частности ленемюровские волны. На расстоянии от катода х % Ie часть сск энергии пучка идёт на воз-
буждение ленгмюровскнх I Ь вит • ^.л волн, а далее их энергия
обычно расходуется на нагрев тепловых электронов, напр, при столкновит. затухания волн. На расстоянии X ^ Ie пучок изотропиэует-ся, я оставшаяся энергия обычно передаётся тепловым электронам при парных межэлёктроиных столкновениях. He равновесность ф-Ции распределения быстрых электронов в приэлект-родном слое наблюдалась экспериментально в измерениях с помощью эл.-ста-тнч. зонда в пэрах щелочных металлов я инертных газов в
