8. Положительный столб Газового разряда.

8-1 Что представляет собой положительный столб газового разряда?

Положительный столб представляет собой плазму с концентрацией частиц, убывающих от оси к стенкам, в нем идет интенсивный процесс ионизации и потери частиц на стенки, при этом положительный столб почти не дает ионов в катодную область.

Столб может быть: -однородным (при давлениях до 10 Торр)

-слоистым

8-2 В чем заключается функция положительного столба?

Положительный столб замыкает электрическую цепь в пространстве между катодом и анодом.

8-3 Перечислить 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 Те (т.е. предполагаем, что распеделение электронов по скоростям Максвелловское)

4)Плотность тока

5)Параметр, связанный с частотой ионизации

8-4 Какие ограничения у данной 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

6. (ход потенциала препятствуют уходу электронов на стенку)

7. Задача осесимметричная

8. Не учитываются приэлектродные области, т.е. рассматриваемтолько квазинейтральную плазмы положительного столба

8-5 Как распределяются электроны в плазме и в слое объемного заряда, образующегося у стенок?

- площади оболочки

и - объем оболочки

- мощность источника ионов

- кол-во ионов, образовавшихся в объеме

Начальная скорость ионов = 0

За время оболочка сместилась и расширилась

- ширина оболочки - скорость ионов

Вклад в концентрации этих ионов:

т.к.

- вклад в концентрации ионов

8-6 Напишите уравнение равновесия плазмы, объясните его?

- считаем, что ионы образуются за счет ударной ионизации

Введем обозначение

т.к. низкие давления, и ионы проходят расстояние до стенки без столкновений

где - для плазмы

- Описывает и плазму и слой объемного заряда.

- решение по Ленгмюру-Тонксу

8-7 Какой физический смысл у So?

So – точка образования слоя, т.е. там, где плазма теряет свою квазинейтральность.

8-8 Что такое ? Напишите уравнение образования ионов?

Введем погонную концентрацию ионов - число электронов на единицу длины трубки

- Число электронов со скоростью

Число ионизирующих столкновений на единицу длины пути

- Число актов ионизации в единице объема

= тогда

Это справедливо если

Проинтегрируем

Получаем

В расчетах где коэффициент при экспоненте не сильно влияет на результат, можно потом получаем

Число ионов, образованные электронами в единицу времени в расчете на один электрон.

8-9 Какое условие нужно для того, чтобы происходило направленное движение электронов в плазме (только для положительного столба)?

8-10 Направленное движение электронов в плазме?

- по Ланжевену

- по теории положительного столба

полный ток через поперечное сечение всей трубки:

8-11 Напишите уравнение ионного тока на стенку

8-12 Напишите уравнение баланса и объясните все входящие в него величины

Потери на излучение

- Мощность уносимаю частицами на стенку

- Тепловыделение на нагрев газа и ионов

- Уравнение баланса и мощности

- получаемая стенкой энергия за акт рекомбинации

- Энергия, освобождающаяся при рекомбинации

и - Средние кинетические энергии электрона и иона в момент попадания на стенку

- мощность на стенке на единицу длины трубки

Вычислим

- Энергия полученная при движении до слоя

- Энергия при движении через слой

- напряжение в слое