Исследование прикатодных областей тлеющего разряда в гелии и азоте

• Автор: Прохорова, Елена Игоревна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
1.1 Обзор литературы
1.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ
2.2 Определение функции распределения электронов зондовым методом
2.3 Установка для зондовых измерений
2.4 Градуировка измерительной установки
2.5 Погрешности зондовых измерений
2.6 установка для оптических измерений
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ ПРИКДТОДНЫХ ОБЛАСТЕЙ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА В ГЕЛИИ И АЗОТЕ
3.1 конструкция газоразрядной трубки
3.2 результаты экспериментальных исследований в гелии
3.3 результаты экспериментальных исследований в азоте
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ИХ СОПОСТАВЛЕНИЕ С ТЕОРИЕЙ
4.1 Катодная область разряда постоянного тока
4.2 оценка плотностей диффузионного и разрядного токов в гелии
4.3 Функции распределения промежуточных электронов в гелии
4.4 ОБСУЖДЕНИЕ результатов
4.5 результаты теоретического моделирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Тлеющий разряд постоянного тока является объектом постоянного внимания [3,72], поскольку он широко используется в практических приложениях и является удобным физическим объектом для научных исследований.
Широкое применение плазмы во многих газоразрядных приборах, обуславливает постоянный исследовательский интерес к тлеющему разряду. В частности, к таким недостаточно изученным областям тлеющего разряда как отрицательное свечение (NG) и фарадеево темное пространство (FDS).
Прикатодная область (астоново темное пространство, катодное свечение, NG и FDS) ответственна за обеспечение самостоятельности разряда; без нее разряд не может существовать. При сближении электродов сокращается длина положительного столба (PC), в то время как катодные и анодные части перемещаются вместе с электродами и не изменяют свою структуру. Соответственно, PC не является обязательным для существования разряда.
Традиционно описание газоразрядной плазмы строилось на основе гидродинамического подхода, оперирующего характеристиками усредненной частицы. Однако такое приближение не может полно описать многие явления в газовых разрядах [5-7]. Гидродинамический подход требует равновесного (максвелловского) распределения всех присутствующих в плазме частиц. Газовый разряд, как правило, представляет собой сильно неравновесную систему и наиболее неравновесной оказывается электронная компонента. Это связано с тем, что электрическая энергия вкладывается в основном в электроны, а обмен энергией электронов с другими частицами затруднен из-за малой массы электрона. Поэтому функция распределения электронов (ФРЭ), как правило, сильно отличается от максвелловской.
Кроме того, специфика разрядов при низких давлениях состоит в том, что длина релаксации электронов по энергиям сравнима с характерными масштабами разрядов. Это определяет нелокальный характер функции
распределения, когда функция распределения формируется не местным значением поля, а профилем потенциала в некоторой пространственно-временной окрестности и размер этой окрестности определяется длиной энергетической релаксации электронов. Электроны разных энергий имеют разные длины релаксации и часто ведут себя практически независимо. При этом потоки частиц и энергий разных областей функции распределения электронов по энергии не связаны друг с другом и могут даже быть направлены в разные стороны, поэтому представления гидродинамического подхода об усредненных частицах, о диффузии, теплопроводности в принципе не применимы [5,7]. Сложность теоретического описания состоит также в том, что задача является самосогласованной: высокоэнергетическая часть ФРЭ определяет пространственное распределение ионизации и, соответственно, профиль потенциала плазмы, который в свою очередь, определяет вид ФРЭ.
Значительный прогресс в теории неоднородных областей газового разряда достигнут благодаря применению принципов нелокальной кинетики электронов [5,76]. В основе этой концепции лежит предположение о том, что именно нелокальный характер ФРЭ определяет немонотонный вид плазменных профилей, в том числе и формирование потенциальной ямы для тепловых электронов и обращения знака электрического поля в плазме NG и FDS. В зависимости от приведенной длины разряда pL образуются одна или две точки обращения поля; от этого зависит знак анодного падения.
Несмотря на длительную историю изучения тлеющего разряда, физические процессы в отдельных частях разряда недостаточно изучены. В особенности это относится к катодным областям. Нет четкого представления зависимости параметров разряда от режима работы газоразрядного прибора. Недостаточно экспериментальных данных распределений параметров плазмы в катодных областях и почти отсутствует анализ этих данных с точки зрения нелокальной кинетики [15]. Между тем это важно для развития теории разряда и его практического использования. Поэтому комплексное изучение

2.2 Определение функции распределения электронов зондовым методом
Наибольшее распространение среди методов определения ФРЭ получил зондовый метод, основанный на экспериментальном нахождении второй производной зондового тока, и связи второй производной с функцией распределения электронов согласно формуле Дрювестейна (2.7а).
На практике используются три основных способа дифференцирования зондовых характеристик в различных модификациях и комбинациях: модуляция зондового тока, дифференцирующие цепочки (усилители) и численное дифференцирование (включая графическое дифференцирование). [62].
Функция распределения может быть определена методом графического дифференцирования зондовой характеристики, однако, из-за больших ошибок при двойном графическом дифференцировании вид функции распределения электронов определяется крайне грубо. Графическое дифференцирование применимо только для очень спокойной плазмы. Кроме того, на участке С зондовой характеристики ток в основном переносится ионами. Следовательно, перед графическим дифференцированием необходимо вычесть ионный ток из полного и сделать поправку в ходе ВАХ.
Также для получения производных зондового тока можно использовать последовательно включенные дифференцирующие цепочки. На практике этот метод применяется значительно реже, чем метод модуляции. Это связано с тем, что он обладает значительно большими погрешностями и менее помехозащищен, чем схемы, основанные на методе модуляции зондового тока.
В основе радиотехнического дифференцирования зондовой характеристики лежит введение небольшого переменного напряжения АУ в зондовую цепь последовательно с постоянной разностью потенциалов V. В этом случае зондовый ток является функцией (V + ДУ)
1 = Г(У + АУ) (2.9)