Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Князев Б.А. Низкотемпературная плазма и газовый разряд. 2000.pdf
Скачиваний:
123
Добавлен:
26.08.2013
Размер:
1.65 Mб
Скачать

Б.А.Князев

“Низкотемпературная плазма и газовый

разряд”

Конспект лекции

Части 1 и 2

Пробная интернет-версия

Работа, особенно ее электронная версия, выполнена при содействии Федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы», проект

N274.

Просьба все замечания об обнаруженных ошибках и предложения по усовершенствованию курса направлять по адресу knyazev@phys.nsu.ru

Новосибирск 2000

Содержание

Предисловие

5

Список обозначений

6

Соотношения между величинами

12

1 Низкотемпературная плазма

13

Лекция 1

13

1.1Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1.1

Определение низкотемпературной плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1.2Некоторые определения и оценки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.1.3

Классификация плазм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.2Кинетика и механизм газофазных реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.2.1 Простые реакции, константа равновесия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.2.2Сложные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.2.3

Теория элементарных процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.2.4Метод переходного состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Лекция 2

 

26

1.2.5

Неравновесные эффекты в реакциях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

1.2.6

Мономолекулярные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

1.2.7Бимолекулярные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.2.8

Вращательная и колебательная релаксация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

Лекция 3

 

36

1.3 Основные процессы в низкотемпературной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

1.3.1

Упругие столкновения и перезарядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

1.3.2

Ионизация электронным ударом и ударная рекомбинация . . . . . . . . . . . . .

38

1.3.3Теория Томсона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

1.3.4 Ионизация тяжелыми частицами и тройная рекомбинация . . . . . . . . . . . . . 42

1.3.5Пеннинговская ионизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

1.3.6 Отрицательные ионы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

1.3.7Принцип Франка-Кондона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.3.8Ассоциативная ионизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

1.3.9Механизм диссоциативной рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

1

1.3.10Вычисление скорости диссоциативной рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.3.11Состояние продуктов диссоциативной рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1.3.12Сравнение скоростей рекомбинации для гелиевой плазмы . . . . . . . . . . . . . . 55

Лекция 4

56

1.4Излучательные процессы в низкотемпературной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

1.4.1Роль излучения в низкотемпературной плазме, классификация переходов . . . . . . 56

1.4.2Тормозное излучение и поглощение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

1.4.3Линейчатое излучение. Вероятность перехода. Сила осциллятора . . . . . . . . . . 60

1.4.4

Доплеровское уширение. Фойгтовский профиль . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64

1.4.5

Уширение давлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

1.4.6

Возбуждение и тушение электронных состояний . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

1.4.7Диффузия связанного электрона в энергетичеcком пространстве; ударно-радиационная рекомбинация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

1.4.8Модифицированное диффузионное приближение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

1.4.9Ударно-диссоциативная рекомбинация и ударно-ассоциативная ионизация . . . . . 74

Лекция 5

 

75

1.5 Радиационный перенос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

1.5.1

Особенности распространения излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

1.5.2

Уравнение переноса возбуждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

1.5.3

Перенос излучения в плоско-параллельном слое . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

1.5.4Перенос тормозного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

1.5.5Перенос линейчатого излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

1.6Поверхностные явления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

1.6.1

Поверхность как источник примесей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

1.6.2Взаимодействие заряженных частиц с поверхностями . . . . . . . . . . . . . . . . 87

1.6.3

Фотоэлектронная эмиссия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

1.6.4

Термо-автоэлектронная и взрывная эмиссия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

1.6.5Термоэлектронная, автоэлектронная и взрывная эмиссии . . . . . . . . . . . . . . 89

Лекция 6

93

1.7Функция распределения электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

1.7.1

Кинетическое уравнение для плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

93

1.7.2

Столкновения электронов с газом в электрическом поле . . . . . . . . . . . . . .

94

1.7.3

Симметричная и асимметричная части ФР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

1.7.4Уравнение для энергетического спектра электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2