|
Физические явления в газоразрядной плазме - Велихов Е.П.Скачать (прямая ссылка):  Подчеркнем еще раз, что полученное точное решение для контрагированного положительного столба тлеющего разряда справедливо лишь при сравнительно малом разогреве газа (АТ/Г0<^1). По мере увеличения газоразрядного тока и соответственно по мере выделения джоулевой энергии температура газа, естественно, возрастает, так что сде-1J1I0e пРедположение нарушается. Формально решение (2.11) при увеличении напряженности электрического поля также перестает иметь физический смысл, так как нарушается неравенство (2.13). Конечно, при более сильном разогреве газа реальны объемный разряд будет в большей степени контрагирован чем это предсказывает рассмотренная выше аналитическа: модель; причем минимальный радиус положительного ctoj ба разряда по порядку величины будет определяться рас стоянием Ястт = (6ДЖ"е)1/2, (2.1 на которое диффундируют электроны за время их рекомби нации. Подводя итог, можно сказать, что контракция тлеюще: газового разряда в цилиндрических трубках обусловлен двумя основными факторами: во-первых, с увеличением ра? рядного тока и давления газа разряд переходит из дифф; знойного в объемный режим горения, и, во-вторых, cti новится существенной неоднородность температуры гаг вдоль радиуса трубки. Условие преобладания объемной р, комбинации электронов над их уходом из области разряд за счет диффузии выражается неравенством (2.6). Услові неоднородности температуры газа, приводящее к существе] ной неоднородности частоты ионизации, выражается нер, венством, обратным неравенству (2.13), и может быть з; писано в виде пе > y.TjR2eEvJb. (2.1 Объединим неравенства (2.6) и (2.16) в одно выражени дающее нижнюю оценку концентрации электронов в пе ложительном столбе, при достижении которой начнет контрагирование тлеющего разряда: neR2 > max [6Da/?„ xTB/eEveb]. (2.1 Примечательно, что из этого выражения следует ограни ние сверху на ток, Jmxx, который может протекать в неко трагированном тлеющем разряде. Действительно, полні ток разряда записывается в виде J = ene\ieEnR*. * Поскольку с изменением радиуса трубки напряженно' электрического поля в неконтрагированном тлеющем р ряде изменяется логарифмически (это следует из выра ния (2.3)), то из (2.17) следует, что Jтах = Const • HeR2. При пропускании большего тока либо за счет увеличен! плотности плазмы, либо при переходе к трубкам с бол 36 шим радиусом тлеющий разряд контрагирует. Таким образом, тепловая контракция является принципиальным физическим яйлением, ограничивающим ток однородного тлеющего разряда в цилиндрических трубках. § 2.3. Особенности контракции тлеющего разряда в атомарных газах Рассматривая процесс тепловой контракции тлеющего разряда, мы считали, что частота ионизации v, определяется выражением (2.7) и не зависит от степени ионизации плазмы. Такое рассмотрение оправдано, если условие контра-гирования (2.17) выполнится при достаточно малой концентрации заряженных частиц, так что межэлектронные соударения несущественны для установления функции распределения электронов по энергиям. Вместе с тем в случае разряда, происходящего в атомарном газе, межэлектронные соударения играют важную роль уже при малой степени ионизации газа, так как электроны передают энергию атомам в плазме тлеющего разряда в основном за счет упругих соударений. Число же таких упругих соударений, которые необходимы для передачи энергии от электрона к атому, порядка отношения массы атома к массе электрона, т. е. очень велико. Поэтому в тлеющем разряде, горящем в атомарном газе, еще при сравнительно небольшой концентрации электронов в плазме появится зависимость Vi(He), обусловленная вызванным межэлектронными столкновениями приближением функции распределения электронов к максвеллов-ской. Такое изменение функции распределения электронов, естественно, будет происходить, когда частота межэлектронных соударений станет сравнимой с частотой передачи энергии от электронов к атомам (ve). Запишем условие конкуренции этих двух процессов: v„«ve = vf0m/yW, (2.18) где vef = 4яп<е4Л/<е>»/2 т1/3 частота электрон-электронных соударений ((e) — средняя энергия электронов, Л — кулоновский логарифм [5, S 43J); Ve0==JV(ve)aea— частота электрон-атомных упругих соударений; ае0— сечение этого процесса; (ve)— тепловая скорость электронов; т/М — отношение электронной и атомной масс. 37 В силу того что частота межэлектронных соударений быстро убывает с ростом энергии электронов, соотношение (2.18) выполняется лишь для сравнительно узкой области энергий электронов. Энергия є*, вблизи которой справедливо это соотношение, разделяет энергетическую ось на две существенно различные по своему характеру области. Именно, при є<є* выполняется неравенство vee > ve0m/M '(2.19) и, значит, медленные электроны имеют максвелловское распределение по энергиям. При е>е* выполняется соотношение, обратное (2.19), так что для электронов в этой области энергий имеет место распределение, реализующееся в случае слабой ионизации плазмы. Как следует из (2.19), величина е* существенно зависит от степени ионизации плазмы. Поэтому с ростом этого параметра и соответственно с ростом є* все большая относительная доля электронов характеризуется максвелловским распределением.
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
