|
Физические явления в газоразрядной плазме - Велихов Е.П.Скачать (прямая ссылка):  46 денне NR превышает определенное значение, зависящее от свойств газа и от отношения ElN (последнее определяет значения параметров kex, k\ и ?r). Численные оценки показывают, что рассмотренный механизм контракции разряд реализуется в таких газах, как, например, N2 и СО при значениях NR>IO17 см~2. Это'качественно согласуется с результатами экспериментальных исследований контракции разряда. § 2.5. Вольт-амперная характеристика тлеющего разряда в трубках Как следует из рассмотрения, проведенного в § 2.1, если тлеющий разряд горит в диффузионном режиме и температура газа близка к температуре стенок разрядной трубки, электрическое поле в положительном столбе не зависит эт концентрации электронов и, следовательно, от тока разряда. В этом случае электрическое поле определяется балансом процессов собственной ионизации газа электронами ідазмьі и диффузии электронов на стенки трубки (см. (2.3)). Это означает, что вольт-амперная характеристика разряда іредставляет собой горизонтальную прямую. Однако по мере увеличения тока, естественно, начнут іграть существенную роль физические процессы, приводя-цие к контракции разряда и рассмотренные нами в пре-(ыдущих параграфах. Поскольку универсальным механиз-юм контракции, присущим всем газам, является тепловой, »ассмотрим влияние роста температуры газа и объемной «екомбинации электронов на вольт-амперную характерис-ику тлеющего разряда в трубках. Растущий с увеличением тока разогрев газа приводит і разрежению газа в приосевой области разрядной трубки і соответственно к возрастанию локального значения па->аметра ElN. Вследствие этого частота ионизации газа рез-ю (экспоненциально) увеличивается (см. (2.7)). Время же* кчезновения электронов (как за счет диффузии, так и за :чет рекомбинации) зависит от температуры газа сущест-енно слабее. Поэтому для сохранения стационарной кон"-,ентрации электронов в положительном столбе напряжен-ость электрического поля газового разряда должна умень-шться, т. е. разогрев газа должен приводить к падающей ольт-амперной характеристике тлеющего разряда. Именно акая характеристика и наблюдается на опыте. По мере роста тока разряд из диффузионного режима орения перейдет в объемный. При этом разряд начнет 47 контрагировать, и в случае небольшой термической неод; родности газа в положительном столбе зависимость к» центрации электронов от радиуса с помощью выражен (2.11) можно записать в виде л. (О = пе (T0) 8аа~а [ 1 + (r/o, г0)2]~2- (2, Здесь пе{Т„) — концентрация электронов, соответств} щая плотности газа около стенки разрядной трубки, определяется выражением (2.9) и а2— меньший из корі (2.12), соответствующий контрагированному столбу разря, Подчеркнем, что выражение (2.11) получено в пред ложении малой неоднородности температуры в полоз тельном столбе, когда AT (г)/Тл < 1. Вследствие этого подвижность электронов можно счит, постоянной вдоль радиуса трубки и из (2.41) можно леї получить следующее выражение для тока разряда: R J = 2лцееЕ J j (г) rdr=8n^ g . (2. о 0 Здесь через Q0 обозначена электрическая мощность, вь| ляющаяся в плазме с концентрацией электронов пе(7 Воспользовавшись определением г0 (2.9) и учитьн неравенство (2.13), преобразуем (2.42) к виду j = (2.. Bp \ 8WTlE 1 к Учитывая, наконец, что Q0~exp(—BplET0), из (2. получим, что а In J _ Ri Bp ,„. o In E ~ 8 Л ETfj ' Отсюда видно, что с началом контрагирования, т, перехода к объемному термически неоднородному по жительному столбу, вольт-амперная характеристика р ряда становится падающей. С дальнейшим ростом тока разогрев га^а станет е большим, так что приближение слабой неоднородно температуры, в котором получено выражение (2.43), на шится. В этом случае, до тех пор пока радиус положите ного столба не достиг своего предельно малого значеі (2.15), вольт-амперную характеристику разряда можно ределнть следующим образом. 48 В случае больших перепадов температуры газа внутри объемного положительного столба мы можем записать выражение для тока газового разряда в следующем приближенном виде: J = ene\ieEnRl (2.45) Здесь Rc— радиу^р контракции положительного столба, для оценки которого воспользуемся сильной экспоненциальной зависимостью (2.7) частоты ионизации и, следовательно, концентрации электронов и плотности тока от отношения EIN. С учетом этого обстоятельства естественно определить значение Rc как характерный радиус, на котором показатель экспоненты (2.7) меняется на единицу, т. е. определить Rc с помощью равенства [Т (O)-T (Rc)JIT (0) = ET (0)/Вр. (2.46) Распределение температуры газа внутри положительного столба в рассматриваемом случае найдем из решения уравнения теплопроводности <н = (2-47) где Ґ JElnRl при 0 < г < Rc, Q=t 0 при Rc < г KR. Граничные условия: 'P dr T(R)-=T0, ?(0) = 0. Аппроксимировав зависимость от температуры коэффициента теплопроводности газа степенной функцией X (Т)='х (T0) (Г/Г.)*, можно найти решение уравнения (2.47), удовлетворяющее граничным условиям:
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
