Распределение электронов в газовом разряде

Газоразрядная плазма образуется при электрических разрядах в газовой среде. Она характеризуется отсутствием химического равновесия между нейтральными частицами и продуктами их ионизации, а также отсутствием максвелловского распределения частиц по величинам скоростей. Этот вид плазмы устойчив только при наличии внешнего электрического поля, создающего электрический ток в газе. В газоразрядной плазме температура электронов значительно превышает температуру ионов Т , а в термической плазме = Г,,. [c.247]

Вид этих функций может быть самым разнообразным в зависимости от тех условий, в которых находится рассматриваемая статистическая система. Если система находится в стационарном состоянии и на нее не действуют никакие силы, то, как известно из работы [1], распределение частиц будет максвелловским, характеризующимся модулем распределения Ти (статистическая температура). Как показывают многочисленные эксперименты с газовым разрядом [3], функции распределения всех компонентов газа близки к максвелловским, поэтому эти распределения можно с большой степенью точности характеризовать статистическими температурами. Мы пришли к весьма интересному результату электронный газ получает энергию от внешнего поля и передает ее тяжелым частицам, т. е. между электронным газом и тяжелыми частицами устанавливается стационарный процесс термического взаимодействия, а ведь это возможно только в одном случае, когда подсистемы (отдельные компоненты) имеют разные температуры. Такое [c.12]

При написании равенства (2. 3) можно руководствоваться следующими соображениями. Тяжелые частицы в газовом разряде малой плотности при сравнительно низких температурах возбуждаются в основном электронным газом. М. А. Ельяшевич [7] отмечает, что в некоторых системах может осуществляться случай, когда для разных степеней свободы приближенно имеется равновесное распределение, соответствующее разным температурам. Типичным примером является плазма электрического разряда, которая может характеризоваться определенной электронной температурой Те (соответствующей максвелловскому распределению электронов по скоростям) и Тг И Га. Возбуждение электронных уровней атомов в плазме будет происходить при электронном ударе, и заселенности этих уровней будут соответствовать электронной температуре . Поэтому в качестве первого приближения принимаем, что распределение частиц по возбужденным уровням характеризуется функцией Больцмана с модулем распределения, равным Те- [c.20]

Многочисленные эксперименты, проведенные с газовым разрядом, показали, что при интересующих нас параметрах разряда симметричную часть функции распределения электронного газа можно принять максвелловской. Ценность написанного уравнения состоит в том, что оно позволяет установить связь между параметрами, характеризующими распределение частиц, и параметрами, влияющими на состояние системы. [c.83]

Мы рассмотрели различные процессы с участием электронов, приводящие к диссоциации молекул, и их сечения. Роль их в низкотемпературной плазме зависит от заселенности уровней и от функции распределения электронов по энергиям. В плазме газовых разрядов средние энергии электронов обычно не более 5—7 эВ, поэтому диссоциация идет в основном из электронно-возбужденных состояний, а для некоторых молекул, легко образующих отрицательные ионы, например, галогенсодержащих молекул, путем диссоциативного прилипания электронов. [c.266]

Распределение электронов по радиусу столба плазмы тлеющего газового разряда в предположении, что ионизация преобладает над рекомбинацией в объеме плазмы (п <0. п ), электроны диффундируют к границам плазменного столба радиуса / и там исчезают, константами являются величины п , Уравнение записывается в [c.258]

Распределение электронов в газовом разряде [c.34]

Необходимо отметить, что все распределения, о которых шла речь в данном параграфе, изотропные. Объясняется это тем, что для функции распределения электронов в газовом разряде анизотропная поправка, которую легко оценить по изложенному в 2.2 методу, обычно невелика. [c.36]

В работе [78] предложен газодинамический источник атомов О, способный работать при давлениях смесей О2 с Не 200 Торр, а для O2—Аг до 350 Торр, обеспечивая степень диссоциации 50 и 80% соответственно. В источнике применен ВЧ-разряд в кварцевой трубке, охлаждаемой водой. Тщательное изготовление сопла и согласование импедансов газового разряда с импедансом электронной ВЧ-схемы позволили достичь интенсивности пучка 10 —10 атом/ср с в энергетическом диапазоне 0,1—0,7 эВ, при характерном для газодинамических пучков узком распределении по скоростям. Это обусловлено, главным образом, тем, что ВЧ-разряд позволяет локализовать плазму [c.146]

Первые измерения фотоэлектрической эмиссии для случая газовых пленок на металлических поверхностях были проведены Зурманом и Чехом [69]. Они напыляли на платиновую пластинку пленки Ag, Л1 и Т1 и определяли работу выхода до и после насыщения водородом. Кривые спектрального распределения анализировались методом Фаулера максимальные значения поверхностных потенциалов, связанные, возможно, с загрязнением поверхности, составляли для системы Ag +.Н2 + 0,81 в, для системы А1 + Нг —0,81 в и для системы Р1 + На +2,2 в. Зурман и Захтлер [43] исследовали адсорбцию различных газов на платиновой фольге и нашли, что адсорбция молекул Но увеличивает, а адсорбция атомарного Н уменьшает работу выхода платины. Кроме того, было отмечено влияние бомбардировки электронами на поверхность платины, частично уже покрытую водородом. В одном случае, когда работа выхода сначала уменьшалась, а затем возрастала, оказалось, что бомбардировка вначале приводит к диссоциации адсорбированных молекул На на атомы, а после этого — к полному удалению их с поверхности. В случае азота Зурман не наблюдал какого-либо изменения работы выхода платиновой фольги, пока не происходила диссоциация молекул в тлеющем разряде с последующим падением фототока до нуля [68]. При адсорбции бензола на поверхности платины максимальный фототок наблюдался в области монослойного заполнения, откуда был сделан вывод о том, что тс-электроны переходят от адсорбата к металлу [70]. [c.107]

На рис. И1.1 приведены лишь наиболее часто встречающиеся и относительно простые типы функций распределения. Например, распределение типа рис. 111.1,6 реализуется в тлеющем и СВЧ-разрядах, для которых характерен отрыв электронной температуры от температуры тяжелых частиц. Распределение типа рис. III. 1,г наблюдается при втекании газовой струи в объем, заполненный равновесным газом [4, 302—385]. [c.47]

Приведенные случаи неравновесных систем являются часто встречающимися и относительно простыми применение рассматриваемого метода к другим распределениям и сечениям не встречает никаких затруднений. Заметим, что распределения типа 13, Ъ реализуются, например, в тлеющем и СВЧ-разрядах (отрыв электронной температуры от температуры тяжелых частиц), случай 13, е — при втекании газовой струи в объем, заполненный равновесным газом, случай 13, / — в реакциях, происходящих в моноэнергетических потоках, и т. д. [c.351]

Работа квантового генератора основана па создании инверсной заселенности энергетических уровней (т. е. нарушения больцмановского распределения энергии с преобладанием заселенности верхних уровней) в той или иной газовой или конденсированной системе. В газовых лазерах инверсная заселенность колебательных уровней, о которых здесь идет речь, создается путем возбуждения колебаний электронным ударом в электрическом разряде, путем облучения светом, путем быстрого нагревания или быстрого адиабатического охлаждения газа и путем химической реакции химические лазеры). [c.195]

Заметим, что, вообще говорп, распределение скоростей всех сортов частиц по Максвеллу и равенство температур отдельных сортов частиц является в значительной мере независимыми характеристиками плазмы. Так, например, при газовом разряде низкого давления (например в гейслеровских трубках) электроны за счёт взаимодействия между собой приобретают максвелловское распределение скоростей аналогичным образом максвелловское распределение скоростей имеют и атомы. Однако, благодаря малой плотности газа, число соударений электронов с атомами сравнительно невелико, между атомами и электронами не устанавливается термическое равновесие средняя кинетическая энергия электронов оказывается больше средней кинетической энергии атомов. Это означает, что величина Гэл, входящая в закон Максвелла, управляющий распределением скоростей электронов, отличается от Т — температуры, определяющей распределение скоростей атомов. Различие [c.35]

Этот закон представляет собой частный случай закона подобия-газовых разрядов, согласно котором г для двух подобных разрядов сила тока одинакова при одинаковом напряжепигг. Подобие двух разрядов имеет место в тех случаях, когда энергия электронов увеличивается в среднем под действием поля на одном свободном пробеге в соответствующих точках этих разрядов на одну и ту н е величину, так как при переходе от одного разряда к другому, ему подобному, в соответствуюхцих точках разрядного промежутка напряжённость поля Е увеличивается во столько же раз, во сколько уменьшается средняя длпна свободного пробега электрона В двух подобных разрядах распределение электронон по энергиям в соответственных точках должно быть одинаково. [c.239]

Главная роль пространственных зарядов в газовом разряде только в некоторых отдельных случаях заключается в ограничении тока (например, коронный разряд). В тех случаях и в тех областях разряда, в которых мы имеехм наличие свободных электронов и положительных ионо-в при сравнительно сильном поле, концентрация положительных ионов больше, чем концентрация электронов, так как электроны при прочих равных условиях движутся в поле быстрее положительных ионов и скорее покидают разрядный промежуток. Поэтому результируюший пространственный заряд в таких областях разряда оказывается положительным. Этот положительный пространственный заряд обусловливает распределение напряжённости поля в разрядном промежутке и те]и определяет характер и условия протекания разряда. Такова роль положительного пространственного заряда и катодных частях тлеющего разряда, в канале начальной стадии искрового разряда, в коронирующем слое коронного разряда. Вследствие положительного знака результирующей плотности пространственного заряда кривая распределения потенциала в этом случае направлена своей выпуклостью не вниз (к оси абсцисс), как на рисунке 130, а вверх (к оси ординат), как это следует из уравнения Пуассона и из известного положения дифференциальной геометрии. [c.298]

Ионно-распылительные насосы. Ионно-распылительные насосы берут начало от ионизационных манометров Пеннинга. Их функциональными элементами являются ячейки с цилиндрическим анодом, заключенным между двумя катодами (рис. 30). Эта система помещена в магнитное поле. Катоды имеют постоянный отрицательный потенциал относительно анода в несколько киловольт. Электроны, эмиттированные с поверхности катода, ускоряются электрическим полем в направлении к аноду. Магнитное поле сообщает электрону радиальную компоненту скорости и заставляет электроны двигаться по спиральным траекториям. Из-за большой длины свободного пробега электронов эффективность ионизации высока и позволяет поддерживать газовый разряд вплоть до давлений ультра-пысоковакуумного диапазона. Положительно заряженные ионы газа устремляются к катоду, где некоторая часть из них захватывается поверхностью. Поскольку ионы падают с энергиями до нескольких кэВ, они вызывают также и распыление материала катода. Распыляемый металл распространяется внутри ячейки и конденсируется на всех ее поверхностях, включая катоды. Таким образом откачка идет одновременно как за счет химического захвата молекул остаточных газов, так и за счет процессов, обусловленных наличием электрических полей. При этом хемисорбционнын захват имеет место преимущественно на внутренних поверхностях цилиндрического анода, а электронная откачка в основном происходит на катодах Используя для исследования радиоактивный криптон, Лаферти и Вандерслайс [147] показали, что геттерирование ионов происходит главным образом на периферии катода, расположенной против анодных стенок, тогда как середина катода служит источником распыляемого металла. Такая неравномерность существенна для функционирования ионного распылительного насоса, поскольку при однородном распределении ионного тока процесс непрерывного замуровывания частиц инертного газа был бы невозможен. Производительность простой разрядной ячейки Пен нинга слишком мала для откачки реальных вакуумных систем. Сущест венным шагом вперед явился ионно-распылительный насос Холла, имеющий значительно большую быстроту откачки [148]. Это достигается использованием многоячеечного анода, расположенного между двумя катодными платами (рис. 31). Эффективность многоячеечной структуры обусловлена тем фактом, что максимальный заряд, заключенный в полом [c.215]

При воздействии на систему внешних полей функция распределения отклоняется от максвелловской появляется анизотропия (примером могут служить ионный и электронный газы в газовом разряде, которые приобретают преимущественное направление вдоль поля). Условием слабой анизотропии является, как указывалось выше, условие Уь1ии< 1- [c.47]

К настоящему времени накоплено много экспериментальных данных по элементарным процессам, связанным с возбуждением атомов в положительном столбе газового разряда. В то же время сведений о процессах возбуждения ионов, которые играют существенную роль в газовом разряде, практически нет. Настоящая работа и посвящена изучению механизма образования возбужденного иона ртути в состоянии 6Ф1/3 в чистой ртути, а также в смеси паров ртути с инертными газами. Для решения поставленной задачи необходимо было изучить зависимость интенсивности резонансной линии иона (Я=1942А - 6 81,,) от разрядного тока при различных давлениях, а также определить концентрации электронов и ионов (Пе, щ), функцию распределения электронов по энергии f (У) и их среднюю энергию. [c.126]

Как мы видели, в реакциях, протекающих в плазме электрических газовых разрядов, обычно основную роль играют процессы, вызванные столкновением свободных электронов с тяжелыми частицами [199, 200, 219]. При этом, как известно [189, 190, 197, 224, 225], изотропная часть функции распределения Д (г) свободных электронов по энергиям е является, вообще говоря, немаксвелловой и зависит от напряженности электрического поля Ед, температуры тяжелых частиц Т, давления газа Р и т. п. В то же время скорости поступательного движения тяжелых частиц можно считать распределенными по Максвеллу. [c.377]

Анализ распределения электронов в газовом разряде, поддерживаемом с помощью постоянного электрического поля, позволяет получить ряд общих с точки зрения физической кинетики результатов. Частота столкновений электронов разряда друг с другом, приводящих к максвеллиза-ции функции распределения, обычно невелика. Поэтому баланс кинетической энергии определяется разогревом электронов в электрическом поле и потерями энергии при столкновении с молекулами газа. [c.34]

В ударной волне колебательная температура ниже поступательной и вращательной. Примером обратного соотношения является один из типов лазера — инфракрасный. Энергия электрического разряда трансформируется в таком лазере в энергию неравновесного колебательного возбуждения. В других типах лазеров, излучающих свет в видимой и ультрафиолетовой областях, неравновесное электронное возбуждение создается подводом энергии в форме световой илн электрической энергии газового разряда. Для того чтобы заставить светиться нагреваемый газ, температура его должна достигнуть десятков тысяч градусов. А у светящейся трубки световой рекламы стеики чуть теплые. Электронная температура газа в трубке несопоставимо велика по сравнению с кинетической температурой. Как видите, три тнпа воздействий — механическое, световое, электрическое — могут приводить к созданию систем с неравномерным распределением частиц по эиергии. Особый случай, когда неравновесность создается в результате быстрой химической реакции, будет рассмотрен в главе Циклические процессьр. [c.56]

Возрастание приведенной нашряженности поля с изменением условий разряда, указывающее на затруднение горения разряда, может быть связано с затруднением ионизации из-за изменения химического состава газа, ускорением гибели электронов (в объеме или на поверхности) или с деформацией электронной функции распределения, уменьшающей эффективность ионизации. Проведенные нами измерения показали, что отношение концентрации СО и СО2 в плазме мало меняется с током разряда и давлением, поэтому изменение химического состава газовой атмосферы не может объяснить наблюдаемых эффектов. [c.17]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология