Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
¦ ' ¦ ¦ ¦разрядах в узком зазоре,
Ю-e I0-S JQ-* и-з щ-г гдё отсутствует положит.
столб и практически весь за-
Рис. 4. Доли энергии катод- _____ *___ _ _
ного пучка, вкладываемые в зо р заполнен неравновесной различные виды потерь (і — в> приэлектродной плазмой, при столкновениях в прикатод- Энергия катодного щгч-ном слое водородной плазмы, v 3
в вавясимости от степени иони- к® расходуется не только «ацим Э* при рИ =10 Тор, на нагрев электронного га-
и„ = ю В. за в прикатодном слое, но
KT
JO
также на возбуждение электронных я колебат. уровне! молекул я соответствующее увеличение скорости дм** социации молекул. На рис. 4 изображены доли энергия «&.(*— 1 -г- 6), теряемые пучком при столкновении] иа траиице ленгмюровского слоя с плазмой молекуляр ного водорода, в зависимости от степени ионизаций плазмы в приэлектродиом слое; кривые 1—6 соответствуют потерям энергия при упругих столкновениях, иа возбуждение вращений, колебаний молекул, на нагрев тепловых электронов, на прямую диссоциацию і суммарные потери энергия на возбуждение низко рас- . положенных электронных состояний молекул водорода. Как видно нз рис. 4, соотношение между разл. механизмами релаксации энергия меняется при изменеиик степени ионизации плазмы.
Влияние магнитного поян на нрнэлентродные процессы в осн. сводится к уменьшению величины тока. Наиб, снльио это влияние проявляется, когда магн. поле Я поперечно тону, т. е. параллельно поверхности электрода. Магн. поле изменяет траекторию влектроиа, вылетающего с катода (или идущего иа плаамы на катод), заворачивая его вокруг силовой линии, так что он может вернуться назад на катод (нли в плазму). На ков* такте плазмы с эмиттирующим электродом в поперечном магн. поле ток записывается в виде
/«=[ /0>—“вл7вехр (—eUo/kT
где ф-ция х„(р) описывает уменьшение тока (хя < 1)»
P з= (0те, ю = еЩTneC — циилотронная частота, те — время релаксация электронов по импульсу. Ф-ция Xh(P) одинакова как для тока электронной эмиссии с катода, так и для обратного тока электронов нз плазмы на катод. Явный вид зависимости Xh(P) просто определить при eUJkTA > 1, т. е. когда электроны вылетают с катода в пределах узкого телеснего угла. В этом случае траектория элеитроиа практически совпадает с полуокружностью с циилотронным радиусом ре — = cmev/eH. Вероятность того, что электрон не вернётся на катод обратно, а, испытав рассеяние, останется в плазме, равна
Xh(P)= 1 — ехр(—npe/lt)=i— ехр(—л/Р),
где Ie = Расчёт показывает, что Хн слабо зависит от eUJkTet поэтому приведённое выражение для Xh(P) справедливо практически при любых eUJk Te. В сильных магн. полях, когда P » I, Xh(P) ~ 1/Р, а ток в приэлектродной слое Je ~ 1/<оте, в то время как в объёме плазмы в сильных магн. полях /в ~ 1/(оэтл)а.
Ионизация атомов н реномбниация ионов в приэлектродиом сдое. Длнна, на к-рой в приэлектродной слое слабоионизов. плаамы устанавливается нонизац.-ре-комбицац. равновесие, обычно наз. длиной ионизации Li, хотя более правильное название — «длина рекомбинации», т. к. L\ характеризует собой расстояние, с к-рого ион, не рекомбинируя, может уйти нз плазмы на электрод. На расстоянии от электрода, существенно превышающем Li, ионизация локально уравновешивается рекомбинацией. Если в процессах ионизация и рекомбинации излучение не играет существ, роля, а ф-цпя распределения электронов максвелловская, то ионизационное равновесие соответствует равновесию, описываемому Саха ф-лой с электронной темпчрой Te. Вблизи электрода на расстоянии <,Li плазма обеднена за ряж. частицами. Ионный ток из нони-зац.-равновесной плазмы иа отрицат. электрод равен
h=Di{l+TelT)n{Te)M$e, TeITVLu
где Li = V2Д<(1 + TeIT)!N~ve<Ji(Te), Di - коэф. диффузии иовов, JVa — концентрация атомов на границе слабоионизов. ялазмы с электродом, п(Те) — концентрация плазмы в области иоиизац. равновесия, Oi(Te) — эфф. сечение ионизация атома электронным
ударом; \р — ф-ция, слабо отличающаяся от 1, при це слишком больших отношениях 'TJT (0,95 < 1,2
їсфй і ^ TJT < 10). Подученная зависимость ионного тока Ji от параметров плаамы проверялась экспериментально с помощью зондов ых и спеитральных изме-
5»вйнаиб. точно в низковольтном дуговом разряде, риведённыевыше зависимости для /і и Li справед-лввы при Li » Ii (/{ — длина свободного пробога вона в нейтральных атомах), т. е. когда плазма в при-злектродном слое слабо ионизована. В протдвополож-вом предельной случае (Li < Ii) Li теряет фаз. смысл, т. к. установление ионизац. равновесия происходит на расстоянии от электрода, меньшем нли' сравнимом с На таном расстоянии движение ионов иводдезмы к электроду нельзя описывать в, термина^-диффузии или подвижности. В этом случае фи», смысл имеет величина L\ = VjnveOi(Te) — длина, иа к-рой ионизуются десорбирующиеся с поверхности электрода атомы (t>a = IkTInmtk — ср. скорость десорбирующихся атомов). L\ должна быть меньше длины свободного
lOpttfeera десорбировавшегося атома, чтобы атом иониз6т вался нрежде, чем столкнётся с ионом. В этом случае нонный ток на плазмы на электрод ~ еп\/кTJm^ где п —концентрация плаамы иа границе с ленгмюров-CKoi оболочной. На рве. & приведена эксперим. ванвеш-
