|
Физические явления в газоразрядной плазме - Велихов Е.П.Скачать (прямая ссылка):  137 В объеме квазинейтральной плазмы существенную роль играет первый член в уравнении (5.56), соответствующий току проводимости. В приэлектродных областях, где за счет образовавшихся положительных зарядов возникают большие поля, а концентрация электронов мала, основную роль играет второй член в (5.56), соответствующий токам смещения. Однако такой режим существует лишь до определенного значения напряженности электрических полей, возникающих в приэлектродных областях. Когда поля в этих областях превышают это значение, существенную роль начинают играть вторичные электроны, выбитые с поверхности электродов падающими ионами. В больших электрических полях эти электроны, двигаясь от поверхности электрода, быстро размножаются за счет ударной ионизации молекул газа. В результате образуется узкий приэлектродный слой, аналогичный катодному слою разряда постоянного тока. При этом ток проводимости доминирует над током смещения во всем объеме разряда. Отметим интересный факт. В то время как приэлектродный слой, в котором доминирует ток смещения, оказывает стабилизирующее влияние на основной разряд, приэлектродный слой, аналогичный катодному слою разряда постоянного тока, оказывает дестабилизирующее влияние на разряд. Действительно, если доминирует ток смещения /dis, вольт-амперная характеристика приэлектродного слоя носит возрастающий характер: /dis ~ w^dis '^diS' где Zdis. и Utiis — толщина приэлектродного слоя и напряжение на нем. Вследствие этого приэлектродный слой исполняет функции распределенного балластного сопротивления, стабилизирующего газовый разряд и помогающего избежать его контракции. С другой стороны, вольт-амперная характеристика приэлектродного слоя, аналогичного катодному слою разряда постоянного тока, носит падающий характер. Поэтому в таком слое, так же как и в разряде постоянного тока, развивается неустойчивость, приводящая к образованию пятен с повышенной плотностью тока, что стимулирует развитие контракции в основном объеме разряда. Рассмотрим теперь некоторые особенности контракции ВЧ-разряда в основном его объеме. Как мы видели в параграфе, посвященном разряду переменного тока (§ 5.5), инкремент перегревной неустойчивости не зависит от часто- 138 ты изменения поля. Поэтому формула (5.27) определяет инкремент неустойчивости и в ВЧ-разряде. Однако в ВЧ-разряде открывается еще одна интересная возможность стабилизации развития неустойчивости — это использование вращающегося электрического поля. Действительно, если мы расположим две пары плоских электродов перпендикулярно друг другу и подадим на них высокочастотные напряжения, сдвинутые по фазе на 90°, то в центре между электродами получим электрическое поле, вращающееся с частотой изменения приложенного напряжения. Рассмотрим развитие перегревно-ионизационной неустойчивости в таком поле так же, как это сделано в § 3.5. Во вращающемся поле уравнение для флуктуаций концентрации частиц примет вид (Q) > —1 ¦ - л(«>- у — 1 Nw dN F2- 2 (Epk)2 k2 yV(o\ (5.57) где k—волновой вектор возмущения. Соответственно получим дисперсионное уравнение для (О (ft): 10) ((O2 — k2c2s) - -^k2C*"-у s р<°> р2 2(?0Ш а (In о) _ n ^rr8V tf>--W JaTOT)-и- Как видно из (5.58), в постоянном электрическом поле развиваются неустойчивости с волновым вектором k±E0 и стабилизированы (затухают) неустойчивости с волновым вектором ft||E0. Причина этого состоит в следующем. Если неустойчивость представляет собой возмущение шнурового типа (вытянутое вдоль поля), то электрическое поле в ней постоянно. Поэтому-флуктуационное возрастание концентрации электронов приводит к увеличению скорости выделения энергии, температуры газа, падению его плотности и, как следствие, к дальнейшему нарастанию концентрации электронов. Если же неустойчивость представляет собой возмущение типа страты (вытянутое поперек поля), то в нем сохраняющейся величиной является плотность'тока. Поэтому возрастание концентрации электронов приводит к ослаблению электрического поля и уменьшению скорости ионизации газа. Этот процесс стабилизирует развитие перегревной неустойчивости. Рассмотрим теперь ситуацию, когда электрическое поле вращается с частотой ш0 в плоскости х, у, а волновой вектор возмущения (неустойчивости) к направлен в плоскости х, z. 139 Выражение для инкремента неустойчивости, полученное из (5.58), будет иметь вид T = 1Ti іїг JS 11 "2 cos2 M sin2 0J• (5'59) где 0 — угол между вектором к и осью Z. Если частота вращения поля больше инкремента развития перегревной неустойчивости, определяемого (3.15), выражение (5.59) можно усреднить по времени. В результате получим Из (5.60) следует, что возмущения с волновым вектором, лежащим в плоскости вращения поля, развиваться не могут. В то же время возмущения с волновым вектором, перпендикулярным плоскости вращения поля, никак не стабилизированы по сравнению со случаем постоянного электрического поля. Для стабилизации этих возмущений необходимо, чтобы вектор электрического поля описывал в пространстве объемную фигуру. В случае когда вектор электрического поля описывает в пространстве конус с углом 0 относительно оси, оказывается, что максимальная стабилизация возмущений плотности тока достигается при sin2 0 = = 2/3. Причем при sin20<2/3 быстрее растут возмущения с волновым вектором, перпендикулярным оси конуса, а при sin20>2/3 — возмущения с волновым вектором, направленным вдоль оси конуса. Поэтому максимальная стабилизация достигается при sin2 9 = 2/3.
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
