Время релаксации плазмы

Благодаря значительному различию масс электронов и ионов в плазме следует говорить о нескольких различных временах релаксации. Как мы уже видели, время релаксации импульса электронов по порядку величины равно [c.146]

Время и расстояние релаксации плазмы. . . [c.5]

ВРЕМЯ И РАССТОЯНИЕ РЕЛАКСАЦИИ ПЛАЗМЫ [c.295]

Время и расстояние релаксации плазмы. Если вывести плазму из равновесного режима, например удалив наиболее быстрые электроны из какого-либо её участка при помощи отрицательно заряженного зонда, то нарушенное равновесие плазмы вновь восстанавливается под действием того же механизма, который создал плазму при её возникновении. Время, за которое вновь устанавливается нарушенный режим, называется временем релаксации плазмы. [c.295]

Необходимость использования термина стеклообразное состояние наравне с термином аморфное состояние определяется тем, что последнее имеет более широкое значение. В этом состоянии находятся плазма, газы, жидкости и, наконец, стекло. Согласно одному из определений [66], стекло — это жидкость, время релаксации которой нельзя определить, поскольку оно слишком велико по сравнению с продолжительностью наблюдения (эксперимента). Отсюда и необходимость определения так называемой температуры стеклования (Г ). величина которой зависит от продолжительности эксперимента и от природы измеряемого показателя. [c.157]

Эта величина определяет время релаксации электронной компоненты плазмы к состоянию равновесия. [c.66]

Увеличение размера дисперсных частиц замедляет прогрев их до заданной температуры. Сокращение времени прогрева возможно также путем увеличения начальной температуры плазмы (рис. 1.12). При этом уменьшается время релаксации скоростей газовой и конденсированной фаз (твердых частиц) (рис. 1.13). [c.52]

Основная часть экспериментов по определению ФР электронов и все расчеты выполнены для стационарной или квазистационарной плазмы разрядов постоянного тока. Характерное время релаксации ФР электронов по скоростям [92] [c.82]

Критерии существования различных состояний плазмы и времена релаксации от неравновесных состояний плазмы к равновесным указаны ниже. [c.225]

Нестационарная двухтемпературная плазма реализуется после импульсного воздействия на плазму (например, за фронтом сильной ударной волны) на временах где - время релаксации темпера- [c.228]

Представленные в данном справочнике модели кинетики низкотемпературной плазмы составляют четыре блока. Первый из них описывает тепловые процессы, влияющие главным образом на температуру электронов. Электроны являются наиболее динамичной компонентой плазмы, резко реагирующей на внешнее воздействие. Модель Р. 1 позволяет определить температуру электронов в условиях, когда в балансе их энергии учитываются упругие и неупругие столкновения и нагрев во внешнем электрическом поле. В модели Р.2 вычисляется время релаксации температуры электронного газа, выведенного из равновесия каким-либо внешним воздействием. В модели Р.З рассматривается изменение температуры электронов в рекомбинирующей плазме, когда рекомбинационный нагрев [c.228]

Для сильно ионизованной плазмы (модель Р. 14) время релаксации к f[e ), определяемой этой моделью, равно [c.298]

Но и разработанная на этой основе теория вызвала ряд возражений и в конечном итоге также оказалась недостаточной. В настоящее время количественное объяснение малого расстояния релаксации возможно на основе теории плазмы А. А. Власова (см. 81 гл. X). [c.296]

Если вывести плазму из равновесного режима, например, удалив наиболее быстрые электроны из какого-либо её участка при помощи соответственно заряженного зонда, то нарушенное равновесие плазмы вновь восстанавливается под действием тех же причин и того же механизма, которые создали плазму прн её возникновении. Время, за которое вновь устанавливается нарушенный режим, называется временем релаксации (по аналогии с другими физическими явлениями). Нарушенное равновесие восстанавливается не только во времени, но и в пространстве на некотором расстоянии влияние зонда, нарушающее статистическое равновесие, больше не чувствуется распределение по ско- [c.504]

Если температура в неоднородной плазме значительно изменяется на протяжении d, то для выполнения условий ЛТР необходимо, чтобы время прохождения атомом этого расстояния было значительно больше времени релаксации заселенностей уровней, определяемого соотношением (IV. 1. 9). В результате условие существования ЛТР в неоднородной плазме приводит к ограничению градиентов температуры [c.388]

Приведенный здесь пример показывает, что при организации конкретного технологического процесса непосредственно в плазме ВЧ-разряда требуется сложная комплексная отработка технологии процесса совместно с нахождением устойчивых оптимальных режимов работы генератора плазмы. По-видимому, задачу можно облегчить, проводя процесс в струе плазмы, генерируемой ВЧ-плазмотроном, параметры которой в настоящее время определить сравнительно несложно. Кроме того, с точки зрения химической технологии процесс, проходящий в системе с менее ярко выраженными градиентами параметров (например, температуры), легче рассчитывать и оптимизировать именно такую систему можно получить, вводя сырье в струю плазмы на выходе генератора спустя некоторое время, необходимое для релаксации параметров смеси. Время этой релаксации практически в большинстве случаев удается снизить до такой величины, что степень конверсии исходных веществ на нестационарном участке будет составлять небольшую долю общей конверсии (см. стр. 213). [c.16]

Этим обстоятельством пользуются для определения температуры поступательного движения частиц в плазме спектральным методом относительных заселенностей вращательных линий (см. стр. 30). Однако при использовании этого метода следует иметь в виду, что приведенные выше оценки справедливы для основного электронного состояния молекулы и для таких возбужденных электронных состояний, в которых время жизни достаточно велико по сравнению с временем вращательной релаксации. [c.118]

Рассмотрим электрон-ионную рекомбинацию, обусловленную охлаждением электронов при разлете плазмы. Предполагается, что плазма первоначально находится в состоянии термодинамического равновесия с температурой электронов. Начиная с некоторого момента времени при охлаждении, ее степень ионизации начнет отклоняться от равновесного значения. В общем случае при разлете плазмы требуется совместное решение уравнений релаксации заселенностей, температуры электронов и уравнений газодинамики. Квазистационарная функция распределения, как показывают оценки для атома водорода, устанавливается достаточно быстро за время порядка (У2,1Ке) . Для типичных в условиях эксперимента плотностей электронов это время существенно меньше газодинамического времени 1о охлаждения плазмы. Поэтому использование квазистационарной функции распределения является правомерным. К такому же выводу приходят авторы работы/15/. [c.129]

Такое положение (невзаимодействующие системы) на практике никогда не реализуется хотя бы уже потому, что между частицами разного сорта и различными степенями свободы происходит обмен энергиями при их столкновениях. В результате этого подсистемы взаимодействуют между собой и в изолированной однородной плазме устанавливается единая равновесная температура. Время установления равновесия между разными подсистемами различно и характеризуется своим характерным временем релаксации, которое зависит от частоты столкновений и доли энергии, передаваемой при каждом столкновении, сопровождающемся ре.лаксацией. Наиболее быстро происходит обмен энергией поступательного движения. Доля энергии, передаваемой при наиболее частых — упругих соударениях двух частиц масс Л/j и М2, составляет [c.14]

Сложнее обстоит дело с электронным возбуждением и ионизацией. Вероятности электронного возбуждения и ионизации при соударениях тяжелых частиц сильно зависят от типа потенциальных поверхностей и наличия их пересечения, приводящего к соответствующим неадиабатическим переходам (электронное возбуждение, ионизация и т. д.). Существенную роль в процессах возбуждения и ионизации в плазме играют столкновения тяжелых частиц с электронами. Сами электроны обмениваются энергией с тяжелыми частицами в основном в результате неупругих соударений. Поэтому характерные времена достижения равновесия между поступательными степенями свободы частиц и их электронным возбуждением и ионизацией сильно зависят от конкретной системы. Например, в ударных волнах (система наиболее близка к термодинамической изоляции от внешней среды) имеем следующую последовательность возрастания характерных значений времени релаксации [18] [c.15]

Классическая термодинамика рассматривает только медленные процессы, характерное время которых значительно превышает наибольшее значение характерного времени релаксации системы (например, медленное нагревание или охлаждение). Тогда релаксирующая система проходит ряд последовательных бесконечно близких друг к другу равновесных распределений. Такие процессы обратимы во времени, так как и при обратном процессе система пройдет через ту же последовательность равновесных распределений в обратном порядке. Их принято называть в термодинамике равновесными и обратимыми . Они характеризуются отсутствием изменения энтропии (А5 = 0). Поскольку во всех случаях низкотемпературной плазмы (лабораторная или космическая) на нее действуют факторы, приводящие к отклонению от равновесия, такие, как внешние электромагнитные поля, выход излучения плазмы, не компенсируемый его поглощением, диффузия частиц через границы, нестационарность и т. д., то низкотемпературная плазма в принципе всегда является термодинамически неравновесной. Однако в ряде случаев влияние всех этих факторов настолько мало сказывается на ФР всех частиц по скоростям и уровням внутреннего возбуждения, а также на химическом составе плазмы, что отклонения их от равновесных невозможно обнаружить путем самых точных измерений. Для обозначения состояния плазмы в таких случаях вводится понятие локального термодинамического равновесия (ЛТР). Исключение составляет ФР фотонов по энергиям, которая в случае ЛТР может не являться равновесной. [c.17]

Если температура ионов не очень сильно превышает температуру электронов, то очевидно, что время релаксации температуры значительно превышает времена релаксации как электроппого, так и ионного импульса. Поэтому можно мыслить себе такую ситуацию, в которой хотя характерные времена изменения распределения частиц будут велики в сравнении с временами релаксации импульса, они все же окажутся сравнимыми с временем релаксации температуры. Это означает, что для плазмы следует иметь уравнения, описывающие усредненные макроскопические движения, в условиях, когда температуры различных компонент плазмы различны. Для получения таких уравнений можно определенным образом модифицировать метод Энскога — Чепмена (21. Однако [c.146]

Благодаря тому, что время выравнивания температуры электронов и ионов плазмы значительно превышает время релаксации импульсов, то часто оказывается возможной ситуация, в которой температуры электронной и иопной компонент плазмы значительно отличаются друг от друга. Естествепно, что в такой ситуации обычная гидродинамика не может быть использована. Напротив, подобная неизотермическая плаама может быть описана уравнениями переноса, полученными в предшествующих двух параграфах. Однако эти уравнения переноса существенно упрощаются в условиях, которые можпо называть гидродинамическими. [c.162]

Это условие, как уже говорилось ранее (см. 35), выполняется практически во всех реальных газовых плазмах. Однако в отношении системы заряженных частиц положение все же оказывается несколько более сложным, чем это можно попять, с штая время релаксации парной корреляции по порядку величины равным времени столкновения Дело заключается в том, что в плазме возможны коллективные движения — плазменные колебания, которые в определенных условиях весьма существенно определяют временное изменение парной корреляционной функции. Поэтому [c.193]

Это — вязкость вещества при очень высоких температурах, когда При повышении температуры и приближении к Т кип вязкость всех жидкостей 1стремится к значению 10" Па-с. Выше 7 кип жидкость превращается в газ, но вязкость газов при высоких температурах также стремится к величине порядка 10 —10 Па-с. К этому же значению стремится вязкость плазмы. Следовательно, это значение характерно для любых веществ, и ему соответствует время релаксации т= —10 с. Это — вязкость, отвечающая teплoвoмy колебанию атомов. [c.388]

Несмотря на то, что время релаксации возбуждения Тв электронного состояния обычно меньше характерного газодинамического времени течения, распределение концентраций возбужденных частиц по уровням существенно отличается от больцмановского вследствие высоких неравновесных концентраций двухзарядных, однозарядных ионов и электронов в сверхзвуковой части струи плазмы. При этом крайне существенным фактором является релаксация электронной температуры чем резче падает электронная температура в струе (при аналогичных параметрах торможения), тем выше параметр неравновесности и = п пе . Однако большая величина отношения тг/т [4] обеспечивает квазистацио-нарное распределение заселенностей, что позволяет отделить систему релаксационных уравнений, описывающих поле Т , е от системы уравнений для заселенностей. Указанный подход был применен для оценки заселенности электронных состояний азота при течении плазмы азота в сопле [4] и в настоящей работе для расчета течения ионизированного аргона. Из кинетической картины течения в струях газа и плазмы следует, что наибольший практический интерес представляют струи молекулярных газов с колебательной неравновесностью в области / и с химической не-равновесностью в остальных областях и неравновесностью электронных процессов в струе разреженной плазмы. Ниже приводятся результаты исследований указанных течений. [c.198]

Электроны, испускаемые катодным пятном, ускоряются полем, приобретая при этом кинетическую энергию от 50 до 90 эВ в зависимости от разности потенциалов, создающей поле. Взаимодействуя с плазмой, электроны быстро термолизуются за счет процессов рассеяния в пределах плазменных микрополей. Разброс электронов по скоростям увеличивается, приближаясь к распределению Максвелла, и направленное их движение не исключает статистический разлет во всех направлениях. Если предположить, что плотность плазмы составляет 10 частиц в 1 см , то время релаксации при термолизации электрона будет около 10 с. Это время невелико по сравнению с длительностью [c.40]

С другой стороны, электронный газ возбуждает и ионизирует атомы и ионы. Время пребывания тяжелых частиц в плазме имеет тот же порядок, что и время пребывания электронов, т. е. приблизительно 10" с. Отсюда следует, что время релаксации процесса ионизации должно быть того же порядка 10" с и соответственно время процесса рекомбинации — около 10 с (Стювер, 1970). Следовательно, эти процессы не являются равновесными, и конечное распределение плотности ионизационных состояний нельзя подсчитать по уравнению Саха—Эггерта, которое описывает относительное распределение плотности плазмы при тепловом равновесии. Уравнение Саха—Эггерта может служить только качественной моделью, а распределение ионов по состояниям ионизации практически несравнимо с экспериментальными результатами. Измеренная доля многократно заряженных ионов значительно больше, чем для полного теплового равновесия. [c.41]

Какие же процессы приводят к столь быстрому восстановлению статистического режима плазмы Произведённая Ленгмюром оценка эффективности всевозможных элементарных процессов не привела к требуемому результату. Поэтому он высказал предположение, что быстрому восстановлению равновесного режима плазмы способствуют возникающие в плазме электрические колебания. Однако более детальные подсчёты вскоре показали, что и высокочастотными колебаниями нельзя количественно объяснить наблюдаемые на опыте малые значения времени и расстояния релаксации плазмы. Тогда Ленгмюр пришёл к мысли [1572], что действующим механизмом здесь является взаимодействие электронов с микрополями плазмы, благодаря которому постоянно происходит изменение направления и ско рости движения электрона. Длина свободного пути электрона в плазме становится очень малой, и электрон как бы претерпевает очень большое число столкновений. Габор [1571] облёк эту мысль в форму математической теории. Но теория Габора вызвала ряд возражений и в конечном итоге также оказалась недостаточной. В настоящее время количественное объяснение малого расстояния релаксации возможно на основе упомянутой выше теории Л. А. Власова [1570]. [c.505]

Если мы интересуемся процессами релаксации (т. е. ионизацией и рекомбинацией), положение существенно усложняется тем, что йп р)/й1 0. Получить решение для плазмы произвольных параметров не удается, но для низкотелшературной плазмы это возможно. Дело заключается в следующем. Здесь мы, наряду с упомянутыл1и выше упрощающими предположениями, можем использовать еще одно. Для большинства типичных низкотемпературных плазм (кТ <з Е , где Е — энергия первого возбужденного уровня) имеют место соотношения п(р) га(1) (р- 1). При этом времена релаксации возбужденных уровней оказываются малыми по сравнению со временем релаксации первого уровня. Это позволяет существенно упростить систему (1.4.164), полагая с1п р)1Ш=0 для ру=1. Тогда уравнение (I. 4. 164) для р==1 определяет скорость изменения плотности электронов (ионов). Аналогично модели с двумя уровнями можно записать [c.156]

В 11 на основании анализа диаграммы п —Т показано, что в плазме могут реализоваться условия, при которь[х электронная компонента ведет себя как идеальный газ. Тогда ее электронные свойства Д10ЖН0 описать с п()мош,ью аппарата теории хгдеальных газов. Применительно к кинетическим электронным свойствам становится возмояшым исиользование методов кинетической теории газов, опирающейся на понятия эффективных сечений взаимодействий и длины свободного пробега. К свойствам плазмы, описываемым таким образом, относятся, например, время релаксации электронов, электропроводность, электронная теплопроводность, электронная диффузия, термоэлектрический коэффициент и др. [c.279]

Если время установления термического равновесия (время релаксации) больше, чем пауза между двумя колебаниями поля, то разность между температурами электронов и ионов сохраняется постоянной, возникает эффект неравновесности. Перавновесность плазмы возрастает при понижении давления, так как в разреженном газе длина свободного пробега электрона возрастает и уменьшается частота столкновений с ионами. [c.101]

Наибольшее время релаксации получается при упругих соударениях в плазме тяжелых инертных газов. Например, в ксеноне при давлении р = 1 Тор Те,рел 10 с. В молекулярных газах за счет неупругих процессов оно значительно уменьшается. Например, в азоте при том же давлении Т(, рел с. [c.82]

Другой, также изложенный в этой книге круг вопросов касается кинетической теории плазмы в сильном магнитном поле. Влияние сильного магнитного поля на корреляции частиц, которое последовательно учитывается в динамической теории обоб-1ценных интегралов столкновений, позволяет рассмотреть процессы релаксации и переноса в условиях, где обычный интеграл столкновений Больцмана применять затруднительно, поскол1.ку в нем пренебрегается влиянием сильных нолей иа траектории частиц во время столкновения. [c.20]

Время и длина релаксации в плазме. Газоразрядная плазма представляет собой статистическую систему большого числа разнообразных частиц. Хотя эта система и неизотермична, в ней имеет место определённое динамическое равновесие, выражающееся в том, что количество энергии, выделяемой разрядом в единицу времени, равно количеству энергии, отдаваемой плазмой окружающей среде в виде тепла и энергии излучения. Среди каждого рода составляющих газоразрядную плазму частиц устанавливается некоторое определённое распределение скоростей и энергии, остающееся статистически неизменным за всё время существования данного режима плазмы. В этом смысле это распределение также может быть названо равновесным, хотя оно и не соответствует распределению по энергиям или по скоростям в предоставленной самой себе изотермической системе, равновесной во всех отношениях. [c.504]

Строго говоря, восстановление нарушенного режима статистической системы происходит асимптотически. Но, как и во всех подобных случаях, можно говорить о времени и о длине релаксации, имея в виду такое время и такую длину, при которых нарушение режима становится практически незаметным. При подсчёте времени или расстояния релаксации задаются уменьшением в определённое число раз отступления какоР1-либо величины от значения той же величины в невозмущённой плазме. [c.505]

Оценивая эффективность различных элементарных процессов обмена энергией в плазме, можно подсчитать теоретически как время, так и расстояние релаксации. Последнюю величину можно определить экспериментально, исследуя режим плазмы на разных расстояниях от возмущающего зонда при помощи других зондов. Уже при своих первых работах по исследованию газоразрядной илазмы при помощи метода зондовых характеристик Ленгмюр установил, что экспериментальные значения расстояния релаксации во много раз меньше значений, подсчитанных на основании рассмотрения процессов столкнове1шн электронов с другими частицами плазмы [1601]. [c.505]

Методика эксперимента подробно описана в [102]. Полученные результаты можно свести к следующему. (1) Механизм перемешивания холодной струи с плазменной струей является в основном турбулентным. (2) Распространение турбулентной струи диаметра 6 в канале реактора диаметром d при условии можно считать подчиняющимися законам распространения свободных турбулентных струй до тех пор, пока ее пограничный слой пе касается стенок канала реактора. Этот вывод согласуется с результатами, полученными в [ 103] для холодных струй. Расчеты с использованием полученного в [102] эмпирического уравнения траектории струи в сносящем плазменном потоке также дают результаты, близкие к опубликованным для холодных и слабо подогретых струй [100]. (3) Струя, вдуваемая в плазменный поток нормально оси, быстро затухает. Это явление согласуется с результатами работ [ 104, 105]. Время пребывания введенного газа в объеме плазмохимического реактора определяется в основном скоростью сносящего потока плазмы. (4) Длина 1 зоны релаксации профиля концентрации примеси, введенной в плазменный ноток, находится в пределах (1,5—4,5) d и изменяется нерегулярным образом при изменении величины отношения динамического напора холодной струи к среднему по сечению динамическому напору плазменной струи н варьировании степенн симметричности ввода холодного газа относительно оси плазменной струи. Статистическая обработка результатов измерения величины показывает, что ее наиболее вероятное значение составляет 2d. Соответствующая этому значению величина времени установления профили концентрации примеси составляет 20—30 мксек. (5) Для объяснения получеппых результатов была привлечена простая модель, основанная на результатах анализа Г. И. Абрамовича [96] свободных турбулентных струй. Результаты расчета по этой модели величины / удовлетворительно согласовались с результатами эксперимента [102]. [c.65]

Из изложенного следует необходилп)Сть рассмотрения процессов релаксации с учетом сложной структуры термов атомов. Эта задача является слишком сложной, чтобы можно было надеяться на получение точного (и обозримого) pemeiniH ее . В настоящее время существуют два подхода к решению этой проблемы. Первый состоит в численном решении системы уравнений баланса частиц и определении различных характеристик плазмы второй — аналитический — заключается в представлении атомной системы как некоей квазиклассической системы, в которой релаксация рассматривается как процесс диффузии в пространстве энергий (или энергий и моментов). [c.155]

Пусть в начальный момент времени степень ионизации плазмы не соответствует температуре свободных электронов Те. Рассмотрим процесс релаксации такой неравновесной плазмы на оЬнове системы уравнений (3.1) при постоянной Те. Очень быстро за время порядка времени соударений между свободными электронами населенности верхних дискретных уровней, начиная с некоторого граничного уровня по, приходят в равновесие с непрерывным спектром и описываются формулой Саха с текущими значениями концентрации электронов [c.115]

Плазма является квазистационарной для ионов, если характерное время изменения электрических полей много больше характернога времени релаксации ФР ионов по скоростям. [c.72]

Аналитическое решение, учитывающее влияние эндоэргических реакций, может быть построено в рамках диффузионного приближения потоков молекул вдоль энергетического спектра колебаний. Такое приближение справедливо, если за характеристическое время изменения функции распределения происходит много актов релаксационного взаимодействия, что обычно выполняется в условиях неравновесной плазмы. Уравнение неразрывности в пространстве энергии с учетогу / /- и /Г-релаксаци-онных процессов и реакций может быть записано при этом в виде [c.45]