Плазма Лабы / Plazma_4_laba

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра электронных приборов и устройств

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Плазменная электроника»

Тема: РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА (КРИВЫЕ ПАШЕНА)

Студенты гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

_________________ Горбунова А.Н.

_________________ Щубрет С.Л.

Преподаватель _________________ Марцынюков С.А.

Санкт-Петербург

2022

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является расчет напряжения возникновения газового разряда при различных условиях.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Разность потенциалов между электродами, при которой разряд из несамостоятельного переходит в самостоятельный, называется пробивным напряжением, или напряжением возникновения газового разряда, и имеет большое значение при разработке плазменных приборов и устройств. Физический смысл напряжения возникновения (Uв) иллюстрируется с помощью вольтамперной характеристики двухэлектродного промежутка, показанной на рис. 1, где j – плотность тока, протекающего между электродами; U0 – приложенное к ним напряжение.

Рис. 1. Обобщенная вольт-амперная характеристика

Область I обусловлена током частиц, образовавшихся в промежутке за счет объемной ионизации и вторичной эмиссии электронов поверхностью ка- тода под действием достаточно жестких квантов и быстрых ядерных частиц, связанных с естественным (космическим) или искусственным фоном облучения. Если каким-то образом оградить промежуток внешнего ионизирующего воздействия, то ток между электродами в области I практически прекратится. По этой причине протекание тока на участке I вольт-амперной характеристики (ВАХ) называется «несамостоятельным» разрядом. Совершенно иначе обстоят дела на II участке вольт-амперной характеристики. Здесь очень существенна вторичная эмиссия электронов катодом под действием бомбардирующих его ионов. За счет образования ионов в объеме и выбивания ими вторичных электронов разряд перестает зависеть от внешних ионизирующих воздействий, он переходит в режим самоподдержания.

Качественно ход кривой закона Пашена объясняется следующим образом. Рассматриваем относительно минимума кривой. Пусть L постоянно, и меняется давление газа р. Давление газа р увеличивается, следовательно, количество молекул газа увеличивается, а значит длина свободного пробега электрона в газе уменьшается, поэтому на расстоянии каждого свободного пробега электрон в среднем проходит меньшую разность потенциалов и вероятность ионизации при столкновении уменьшается, что приводит к увеличению Uв. При уменьшении давления газа р уменьшается число столкновений электрона с молекулами газа на пути, пройденном электроном в направлении от катода к аноду, что затрудняет ионизацию.

Рис. 2. Иллюстрация закона Пашена

Табл. 1

Параметры материалов и газов, необходимые для расчета

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Зависимость коэффициента объемной ионизации нейтральных атомов или молекул газа электронами от отношения Е/р:

/p, 1/(см

E/p, В/(см

Рис. 3. График зависимости коэффициента объемной ионизации

2. Зависимость напряжения возникновения газового разряда Uв от произведения pL для одного газа (неона) и трех мишеней (железо, платина, никель):

Эксперимент

Uв, В

Pt

Ni

Fe

pL,

Рис. 4. График зависимости напряжения возникновения газового разряда Uв от произведения pL для одного газа и трех мишеней

3. Зависимости напряжения возникновения газового разряда Uв от произведения pL для трех газов (аргон, неон, водород) и одной мишени (платина):

Uв, В

H₂

Ar

Ne

pL,

Рис. 5. График зависимости напряжения возникновения газового разряда Uв от произведения pL для трех газов и одной мишени

ВЫВОД

В ходе выполнения данной лабораторной работы были построены зависимости напряжения возникновения газового разряда при различных условиях, а именно, в случае разного коэффициента вторичной электронной эмиссии, зависящего от материала катода, и разных констант А и В, зависящих от газа.

Анализируя график зависимости коэффициента объемной ионизации (рис. 3), делаем вывод, что экспериментальные и теоретические значения практически совпадают, что говорит о справедливости расчетов.

Также, анализируя график зависимости напряжения возникновения газового разряда Uв от произведения pL для одного газа и трех мишеней (рис. 4), делаем вывод, что при увеличении значения коэффициента вторичной эмиссии минимум кривой Пашена снижается (то есть уменьшается минимальное напряжение возникновение газового разряда). И, так как коэффициенты вторичной электронной эмиссии Fe и Ni близки по значению, то кривые практически накладываются друг на друга. При этом, сравнивая теоретический и экспериментальный графики, делаем вывод, что имеется некоторое расхождение в положении кривых, при этом, ход кривых совпадает.

И, рассматривая график зависимости напряжения возникновения газового разряда Uв от произведения pL для трех газов и одной мишени (рис. 5), делаем вывод, что вид газа также в значительной степени влияет на ход кривой Пашена, а именно, для каждого из трех газов (аргона, неона и водорода) характерны определенные значения констант A и B, а также определенные значения коэффициентов вторичной эмиссии которые и влияют на изменение хода кривой Пашена.