- •Содержание
- •Предисловие
- •Список обозначений
- •Соотношения между величинами
- •1 Низкотемпературная плазма
- •Лекция 1
- •1.1.Введение
- •1.1.1.Определение низкотемпературной плазмы
- •1.1.2.Некоторые определения и оценки
- •1.1.3.Классификация плазм по степени равновесности
- •1.2.3.Теория элементарных процессов
- •1.2.4.Метод переходного состояния
- •Лекция 2
- •1.2.5.Неравновесные эффекты в реакциях
- •1.2.6.Мономолекулярные реакции
- •1.2.7.Бимолекулярные реакции
- •1.2.8.Вращательная и колебательная релаксация
- •Лекция 3
- •1.3.Основные процессы в низкотемпературной плазме
- •1.3.1.Упругие столкновения и перезарядка
- •1.3.2.Ионизация электронным ударом и ударная рекомбинация
- •1.3.3.Теория Томсона
- •1.3.4.Ионизация тяжелыми частицами и тройная рекомбинация
- •1.3.5.Пеннинговская ионизация
- •1.3.6.Отрицательные ионы
- •1.3.7.Принцип Франка-Кондона
- •1.3.10.Вычисление скорости диссоциативной рекомбинации
- •1.3.11.Состояние продуктов диссоциативной рекомбинации
- •1.3.12.Сравнение скоростей рекомбинации для гелиевой плазмы
- •Лекция 4
- •1.4.Излучательные процессы в низкотемпературной плазме
- •1.4.2.Тормозное излучение и поглощение
- •1.4.4.Доплеровское уширение. Фойгтовский профиль
- •1.4.5.Уширение давлением
- •1.4.6.Возбуждение и тушение электронных состояний
- •1.4.7.Диффузия связанного электрона в энергетичеcком пространстве; ударно-радиационная рекомбинация
- •1.4.8.Модифицированное диффузионное приближение
- •1.4.9.Ударно-диссоциативная рекомбинация и ударно-ассоциативная ионизация
- •Лекция 5
- •1.5.Радиационный перенос
- •1.5.2.Уравнение переноса возбуждения
- •1.5.3.Перенос излучения в плоско-параллельном слое
- •1.5.4.Перенос тормозного излучения
- •1.5.5.Перенос линейчатого излучения
- •1.6.1.Повверхность как источник примесей
- •1.6.2.Взаимодействие заряженных частиц с поверхностями
- •1.6.3.Фотоэлектронная эмиссия
- •1.6.4.Термо-автоэлектронная и взрывная эмиссия
- •Лекция 6
- •1.7.1.Кинетическое уравнение для плазмы
- •1.7.2.Столкновения электронов с газом в электрическом поле
- •1.7.3.Симметричная и асимметричная части ФР
- •1.7.4.Уравнение для энергетического спектра электронов
- •1.7.5.Уравнение для симметричной части функции распределения
- •1.7.6.Влияние неупругих столкновений
- •1.7.7.Стационарные ФРЭ в низкотемпературной плазме
- •Лекция 7
- •1.8.1.ФРЭ при наличии источника быстрых электронов
- •2 Электрический пробой газа
- •Лекция 8
- •2.1.1.Первый коэффициент Таунсенда
- •2.1.3.Токи носителей в плоском разрядном промежутке
- •2.1.4.Ток во внешней цепи
- •Лекция 9
- •2.1.5.Серии лавин
- •2.1.6.Статистика лавинного усиления
- •2.1.7.Статистика серии лавин
- •Лекция 10
- •2.3.1.Механизм пробоя
- •2.3.3.Переход пробоя от одного типа к другому
- •2.3.4.Искра
- •Лекция 11
- •2.4.Электрический пробой в неоднородных полях и длинных промежутках
- •2.4.1.Коронный разяд
- •Лекция 12
- •3.Установившийся ток в газе
- •3.1.Классификация разрядов
- •3.4.Тлеющий разряд
- •3.4.1.Феноменологическое описание тлеющего разряда
- •3.4.2.Формирование катодного слоя
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
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