Теоретическое исследование процессов переноса заряженных частиц в слабоионизованной плазме в сильном электрическом поле

• Автор: Охримовский, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 89 с.

Содержание
Введение
1 Кинетические коэффициенты ионов в изменяющемся электрическом поле
1.1 Основные уравнения
1.2 Коэффициенты переноса для модельных столкновений
1.2.1 Движение иой’бЩвДарственном газе в сильном электрическом поле
1.2.2 Максвелловская и рэлеевская модели движения ионов в газе
1.3 Коэффициенты переноса в газовых смесях
1.4 Скорость ионно-молекулярных процессов
2 Псевдодиффузия электронов в электроотрицательных газах
2.1 Случай постоянного электрического поля
2.2 Случай ВЧ поля
2.2.1 Основные уравнения
2.2.2 Коэффициент псевдодиффузии в ВЧ поле: конкретные случаи
2.2.3 Влияние электронной псевдодиффузии на ВЧ пробой реальных газов
3 Влияние ионно-молекулярных процессов на перенос заряженных частиц в изменяющемся элек трическом поле
3.1 Основные уравнения

3.2 Коэффициенты переноса для конкретных газов
4 Влияние процессов переноса заряженных частиц на устойчивость слабоионизованной плазмы
4.1 Устойчивость слабоионизованной ион-ионной плазмы
4.2 Термотоковая неустойчивость плазмы СВЧ разряда
Выводы
Библиография

Введение
Изучение процессов столкновительного переноса заряженных частиц в слабоионизованном газе и плазме имеет как научный, так и практический интерес [1]—[5]. Их перенос определяет многие свойства лабораторной и ионосферной плазмы. Обработка экспериментальных данных по коэффициентам переноса позволяет восстанавливать сечения и потенциалы взаимодействия между частицами [1] - [9]. Данные по этим коэффициентам необходимы при анализе результатов исследований ионно-молекулярных реакций в плазме. Процессы переноса электронов и ионов важны при моделировании электрических разрядов в газах и некоторых атмосферных явлений.
Свойства электронов и ионов в газовом разряде существенно меняются при наложении достаточно сильного электрического поля, которое “нагревает” заряженные частицы, приводя к отрыву их температуры от температуры газа. Если степень ионизации среды мала и, следовательно, столкновения заряженных частиц несущественны, то их энергетическое распределение становится неравновесным. Отличие неравновесной функции распределения от максвелловской функции может достигать нескольких порядков величины. Неравновесность энергетического распределения сильно влияет как на транспортные характеристики электронов и ионов, так и на скорости неупругих процессов с участием заряженных частиц.
Перенос заряженных частиц в газах и плазме в электрическом поле был предметом большого числа экспериментальных и теоретических работ [2, 6], относящихся как к равно-

На рис. 1.3 представлена зависимость отклонения от за-
. тлВІапс тлтпіх _ _ „
кона Бланка для коэффициентов 117ц, ьДт, Dt, JJe,
Deу и Иц в зависимости от состава смеси для ионов Na+ в смеси He:Ne (для коэффициента D\ в пределе больших E/N). Как следует из рисунка, отклонение от закона Бланка может составлять 25-45%. Следует отметить, что так как коэффициенты термодиффузии, в отличии от коэффициентов обычной диффузии, не зависят от газовой температуры (в пренебрежении слабой зависимостью частоты столкновений от газовой температуры), то отклонение от закона Бланка для этих коэффициентов не зависит от приведенного электрического поля, а есть функция только от состава смеси.
1.4 Скорость ионно-молекулярных процессов
Цель настоящего раздела - рассмотреть влияние изменяющегося во времени и/или пространстве электрического поля и плотности ионов на скорости ионно-молекулярных процессов. Если эти изменения не слишком резки (то есть выполняются соотношения А Д, сг <С и), то их влияние на функцию распределения можно учесть как и прежде, с помощью теории возмущений по формуле (1.8).
В этих условиях константа скорости неупругого ионно-молекуляного процесса имеет вид
д 1п 7 де
иофЬ е<гсо
(1.31)
где А:о — константа скорости неупругого процесса в однородном стационарном случае.
Для случая движения ионов в собственном газе в сильном электрическом поле функции /о и (р могут быть выписаны в явном виде [40], что позволяет определить коэффициенты в (1.31). Так как в рамках этой модели пренебрегается движением ионов в направлении, поперечном электрическому полю, то кс7 = 0, поперечные компоненты векторов кп и
к = ко ( 1 — kt-72 ~ кei—— — knVlnn — k7Vln7 — кє : V 0 е