2. Характер элементарных процессов в тлеющем разряде

Тлеющий разряд возникает при давлениях газа от 10^-3 до нескольких десятков мм рт.ст. и при плотности тока 10^-3- 10^-1 А/см². От таунсендовского разряда он отличается тем, что поле в трубке обусловлено пространственным зарядом; от дугового разряда – тем, что причиной выделения электронов с катода является вторичная эмиссия при ударах зажигательных ионов и фотоэффект.

Отличительными признаками тлеющего разряда являются характерное распределение потенциала в разрядном промежутке и внешний вид разряда. Схематически внешний вид разряда и распределение вдоль длины трубки интенсивности свечения, потенциала и напряжённости поля приведены на рис.10.3. Изучая внешний вид разряда, в первую очередь можно отметить, что свечение разряда неоднородно как по интенсивности, так и по спектру. Существуют следующие специфические области тлеющего разряда.

1. У катода наблюдается очень тонкий тёмный слой, называемый тёмным астоновым пространством.

2. Затем следует катодная светящаяся плёнка.

3. За катодной плёнкой следует тёмное катодное пространство или тёмное круксово пространство.

4. Тёмное катодное пространство резко переходит в отрицательное тлеющее свечение, которое является наиболее ярко светящейся областью разряда.

5. Яркость тлеющего свечения постепенно ослабевает, и оно переходит в фарадеево тёмное пространство.

1. Следующая за фарадеевым темным пространством часть разряда называется положительным столбом. Обычно положительный столб простирается до самой поверхности анода и представляет либо однородно светящийся столб газа, либо чередующиеся тёмные и светлые полоски (страты).

7. При некоторых условиях между положительным столбом и анодом видно тёмное анодное пространство, а на самой поверхности анода - анодная светящаяся плёнка.

Пять первых вышеперечисленных частей разряда называются катодными частями разряда. В них сосредоточены вое процессы, необходимые для поддержания разряда.

Анодные части несущественны для разряда и в коротких трубках отсутствуют. В длинных трубках они служат просто как проводящие области газа, связывающие фарадеево тёмное пространство с анодом.

Рассмотрим характер элементарных процессов, протекающих в различных частях разряда. Разряд поддерживается электронами, которые эмиттируются при бомбардировке катода положительными ионами. Электроны покидают катод с небольшими скоростями, ускоряясь в электрическом поле, они начинают возбуждать атомы газа, высвечивание которых мы наблюдаем в катодной светящейся плёнке. При дальнейшем движении электроны начинают ионизацию атомов газа, в тёмном катодном пространстве развиваются электронные лавины. Образующиеся при этом положительные ионы приводят к образованию вблизи катода катодного падения потенциала (области с большой напряженностью электрического поля). Покидая эту область, электроны имеют

незначительную энергию и накапливаются вблизи начала отрицательного свечения, понижая потенциал настолько, что может появиться область с отрицательной напряжённостью поля. Точка пространства, в которой потенциал проходит через максимум, соответствует началу отрицательного свечения, в этой области велика веро­ятность процессов рекомбинации. Далее к аноду скорость электронов возрастает, рекомбинация ослабевает, а для возбуждения электроны ещё не приобрели достаточной энергии. Поэтому свечение ослабевает, и отрицательное свечение переходит в фарадеево тёмное пространство.

В области фарадеева тёмного пространства и далее к аноду преобладает хаотическое движение электронов с функцией распределения, близкой к максвелловской. По мере движения к аноду температура электронов повышается и появляются электроны, способные возбуждать и ионизировать атомы газа, мы переходим к положительному столбу разряда. Температура электронов оказывается много больше температуры газа из-за того, что в этой области преобладают упругие столкновения электронов о атомами, при которых электроны практически не теряют энергии, приобретаемой от поля.

В

Рис.10.4. Схема измерений и общий вид зондовой характеристики

положительном столбе и фарадеевом тёмном пространстве концентрация электронов и положительных ионов практически равны. Эти области разряда представляют собой плазму, называемою неизотермической вследствие неравенства температур электронов, ионов и газа.

Основными параметрами плазмы являются концентрация свободных электронов или ионов, температура электронов, ионов и нейтрального газа. Существует большое количество методов диагностики плазмы, основанных на различных физических принципах: это оптические, зондовые, микроволновые и корпускулярные методы. Большое число различных методов диагностики плазмы используется из-за того, что каждый метод применим в некоторых определённых условиях и позволяет определять только небольшое число параметров плазмы в ограниченном диапазоне их значений.