Plasma Physics
Department
КУРС ЛЕКЦИЙ: Физика низкотемпературной
плазмы
Лекция №8 Положительный столб газового разряда
Автор: доц. Крашевская Г.В.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Положительный столб
Столб тлеющего разряда может быть:
Однородным ( при малых давлениях до 10 Торр) 
Слоистым (страты – чередующиеся области)
Страты:
•Стационарные (бегущие очень быстро)
•Бегущие
Будем рассматривать:
-Однородный столб низкого давления
-Однородный столб повышенноо давления (диффузное приближение)
В основном тлеющий разряд изучался в трубках 
Граничные условия нужны также на стенках трубки
Page 2
Внутренние параметры положительного столба
1.Среднее продольное электрическое поле
2.Плотность плазмы (плотность электронов), т.к. плазма квазинейтральна во всем объеме за исключением пристеночной области.
3.Температура электронов Te (т.е. предполагаем, что распределение электронов по скоростям Максвелловское)
4.Плотность тока
5.Параметр, связанный с частотой ионизации
Page 3
Ограничения теории
1.Низкие давления
2.Рассматриваем трубку с диэлектрическими стенками
3.Не учитываем возбуждение молекул
4.Распределение электронов по энергиям Максвелловское (годится еще Дрювейстейн)
5.Электроны распределены по Больцману
(ход потенциала препятствуют уходу электронов на стенку)
6.Ионы доползают до стенки и рекомбинируют. Около стенки образуют- объемный заряд
7.Задача осесимметричная
8.Не учитываются приэлектродные области, т.е. рассматриваемтолько квазинейтральную плазмы положительного столба
Page 4
Основные уравнения столба низкого давления
Page 5
1. Радиальное распределение потенциала, уравнение равновесия плазмы
Задача расхождения цилиндрической оболочки |
|
и |
- площади оболочки |
и |
- объем оболочки |
- мощность источника ионов
- кол-во ионов, образов. в объеме за
Начальная скорость ионов принимаем равной 0
Во что превратиться ионная оболочка с течением времени?
За время |
оболочка сместилась и расширилась |
|
|
- ширина оболочки |
- скорость ионов |
Page 6
1. Радиальное распределение потенциала, уравнение равновесия плазмы
Вклад в концентрацию этих ионов
т.к.
Это уравнение позволяет получить распределение электронов в плазме и в слое объемного заряда, образующегося у стенок
Page 7
1. Радиальное распределение потенциала, уравнение равновесия плазмы
Введем следующее обозначение
т.к. низкие давления, и ионы проходят расстояние до стенки без столкновений
- считаем, что ионы образуются за счет ударной ионизации
-Число ионов, образованные электронами в единицу времени в расчете на один электрон
Page 8
1. Радиальное распределение потенциала, уравнение равновесия плазмы
Сделаем еще одно преобразование
Описывает и плазму, и слой объемного заряда
- для плазмы 
Решение по Ленгмюру-Тонксу
Есть точка S0: |
и |
Физ.смысл S0: точка образования слоя, т.е. Там, где плазма теряет свою квазинейтральность (т- ка разрыва производных)
Уравнение
«равновесия
плазмы»
Page 9
- число электронов на единицу длины трубки
- Число электронов со скоростью
- Число ионизирующих столкновений на единицу длины пути
- Число актов ионизации в единице объема 
и 
при
Это справедливо если |
и |
Page 10 |
|