4.4.Движение электронов и ионов в газе

4.4.1.Дрейфовое движение электронов и ионов

Электроны в разряде испытывают многочисленные столкновения с атомами или молекулами газа. Поскольку столкновения эти носят случайный характер, то в каждом элементарном объёме имеются электроны с различными скоростями, разными направлениями движения.

При наличии электрического поля на хаотическое движение заряженных частиц накладывается направленное движение вдоль силовых линий поля. При этом вследствие столкновений электронов и ионов с

атомами газа направленное движение происходит с некоторой средней скоростью, зависящей от напряжённости электрического поля. Установим характер этой зависимости. Пусть в некотором объёме движется электрон с хаотической тепловой скоростью Ve. Время пробега электрона t составит:

За это время сила электрического поля F = eE сместит электрон на расстояние Dx в направлении поля. Столкнувшись затем с атомом газа, электрон изменит направление своего движения. Полагая все направления движения после столкновения равновероятными, можно считать, что после столкновения скорость электрона в направлении поля равна нулю. Тогда величина Dx может быть найдена из уравнения равноускоренного движения:

Таким образом, скорость направленного движения электронов (скорость дрейфа) пропорциональна напряжённости электрического поля E. Коэффициент пропорциональности в уравнении (4.27) называется подвижностью электронов:

86

Подвижность положительных ионов много меньше подвижности

4.4.2. Диффузия заряженных частиц в условиях разряда

Диффузионное движение заряженных частиц подчиняется общим законам диффузии, известным из кинетической теории газов и описывается следующими уравнениями:

где n – концентрация частиц в элементарном объёме с координатой х; Vx – средняя скорость движения частиц в направлении диффузии; nx – поток диффундирующих частиц; D – коэффициент диффузии.

Важным является соотношение, связывающее величины be и De, характеризующие направленное движение электронов, с температурой Te электронного газа, которая характеризует беспорядочное хаотическое

находятся электроны и ионы в равных концентрациях, диффузионное движение заряженных частиц имеет специфические особенности. Так как коэффициент диффузии электронов значительно больше, чем у ионов,

электроны быстрее достигают стенки и создают избыточный отрицательный заряд, который ускоряет диффузию ионов и замедляет движение электронов.

Процесс накопления избыточного отрицательного заряда на стенке будет продолжаться до тех пор, пока электронный и ионный потоки не выровняются. При этом диффузия заряженных частиц называется

амбиполярной и ее можно описывать обычными диффузионными

где Da – коэффициент амбиполярной (двуполярной) диффузии.

Так как bi << be, то уравнение для коэффициента амбиполярной диффузии можно упростить:

87