Параметры плазмы сферически стратифицированного газового разряда

• Автор: Сахапов, Салават Зинфирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СТРАТИФИКАЦИЯ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

1.1 Стратификация плазмы в газоразрядных трубках

1.2. Методы исследования плазмы газового разряда

1.2.1. Электрические методы исследования

1.2.2. Оптические методы исследования

1.2.3. Зондовые методы исследования

1.3. Основные методы описания разряда в трубке

1.3.1. Гидродинамический подход в описании страт

1.3.2. Кинетический подход в описании страт
1.3.3. Гибридная модель в описании страт
1.4. Классификация газового разряда
1.5. Сферически стратифицированный газовый разряд
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Экспериментальная установка
2.1.1. Г азоразрядная камера
2.1.2. Источники питания
2.2. Методы диагностики
2.2.1. Измерения вольтамперных характеристик разряда
2.2.2. Зондовые измерения плавающего потенциала
2.2.3. Зондовые измерения концентрации и температуры электронов
ГЛАВА П1. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
3.1. Вольтамперные характеристики разряда в различных газах
3.2. Сферическая стратификация таунсендовского разряда

3.3. Пространственное распределение плавающего потенциала плазмы сферически
стратифицированного и нестратифицированного газовых разрядов
3.4. Радиальное распределение концентрации и температуры заряженных частиц в
нормальном тлеющем разряде со сферической геометрией
3.5. Роль диффузионного тока в формировании сферических страт
3.6. Исследование влияния геометрии разрядного промежутка на симметрию разряда в
области нормального режима горения
ГЛАВА IV. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Оценки основных параметров плазмы сферически симметричного газового разряда
4.2. Электрическое поле в сферически стратифицированном газовом разряде
4.3. Концентрация и температура электронов в разряде с малым анодом
4.4. Обратное поле в сферических стратах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Исследование газового разряда до настоящего времени представляет научный и практический интерес. Существует ряд процессов в плазме газового разряда, связанных с развитием неустойчивостей, природа которых до конца не понята. С другой стороны, газовый разряд уже нашел широкое применение в различных устройствах и технологиях - таких как газоразрядные лазеры, плазмохимические реакторы, источники света и т.д.
Одним из видов газового разряда является тлеющий разряд — самостоятельный разряд постоянного тока с холодным катодом. Наиболее изучены процессы в плазме тлеющего разряда в трубках. Существует ряд неустойчивостей положительного столба, которые приводят к нарушению однородности параметров плазмы, к расслоению или стратификации разряда. Одной из важных особенностей плазмы в газоразрядной трубке является то, что процессы рекомбинации могут происходить не только в объеме, но и на стенках трубки. Отсутствие стенок может привести к существенным изменениям в протекании плазменных процессов. Примером разряда, в котором все процессы в плазме происходят в объеме, является разряд в специальной геометрии разрядного промежутка: малый анод,
расположенный в центральной части металлической камеры, стенки которой служат катодом. Толчком для изучения тлеющего разряда в этой геометрии послужило обнаружение сферической стратификации, свойства которой отличаются от расслоения положительно столба в газоразрядных трубках.
Сферический стратифицированный нормальный тлеющий разряд обладает рядом особенностей. Во-первых, процессы рекомбинации происходят в объеме разряда, вследствие чего они сильно подавлены, что, в свою очередь, вследствие различной подвижности электронов и ионов, может приводить к нарушению нейтральности плазмы. Во-вторых, плотность тока возрастает при приближении к центральному электроду, что приводит к

где Da - коэффициент амбиполярной диффузии, fl„ D, и uei De - коэффициенты подвижности и диффузии ионов и электронов соответственно, az и - частота ионизации и доля объемной рекомбинации соответственно.
С помощью одиночного электрического зонда можно измерить функцию распределения электронов по энергиям [55-60]. Дрювестейн [43] показал, что в случае тормозящего поля на зонде вторая производная тока зонда /3 по потенциалу зонда V3 пропорциональна функции распределения частиц по скоростям. Для определения второй производной молено использовать аппаратный метод [58,59]. В цепь зонда наряду с постоянным потенциалом подается переменный синусоидальный потенциал малой амплитуды с частотой со, много больше частоты страт &>/, и измеряется амплитуда гармоники тока на частоте 2со, изменяющаяся с частотой со/. Таким образом, находилась вторая производная зондового тока для различных точек вдоль страты. Изменяя опорный потенциал зонда, можно получить набор значений вторых производных, измеренных при различных потенциалах зонда относительно плазмы, н, соответственно, получить распределение электронов по энергиям.
Теория электрического зонда не учитывает явления, которые в экспериментальных условиях могут исказить результаты измерений. Основными источниками погрешностей являются: загрязнение рабочей поверхностей зонда, размеры и изоляция зонда, колебания потенциала плазмы и эмиссия электронов из зонда. Ниже рассмотрены влияние этих побочных явлений на работу зонда [61,62].
1. Загрязнения могут менять работу выхода металла или образовывать поверхностные слои с большим омическим сопротивлением. Когда на зонд идут малые электронные токи и зонд является холодным, он покрывается налетом. При увеличении электронного тока на зонд, когда зонд нагревается, или при больших отрицательных потенциалах зонда, когда существенна ионная бомбардировка, загрязнения с поверхности слетают.