Глава 6. Газоразрядная плазма

6.1. Основные понятия

Плазма – состояние вещества, характеризующееся высокой степенью

ионизации и равенством концентраций положительных и отрицательных зарядов (квазинейтральностью). Плазма в стационарном состоянии может существовать только при наличии факторов, восполняющих убыль заряженных частиц. В газовом разряде плазма в стационарном состоянии поддерживается за счёт внешнего электрического поля, энергия которого расходуется на ионизацию газа.

Газ в состоянии плазмы находится в следующих видах разряда:

∙положительный столб тлеющего и дугового разряда;

∙дуговой разряд низкого давления с накаленными электродами;

∙отдельные области высокочастотного и сверхвысокочастотного

разрядов.

Плазма в общем случае состоит из электронов, ионов и нейтральных частиц (атомов или молекул). Концентрация заряженных частиц в плазме достигает 1017 1/см3 и по своей электропроводности плазма приближается к проводникам. Плазму нельзя представлять как механическую смесь компонент – все частицы плазмы находятся в непрерывном взаимодействии друг с другом и плазма в целом обладает рядом специфических свойств, которые вовсе не присущи отдельным её составляющим.

Различают изотермическую и неизотермическую плазму.

Изотермической плазме отвечает ионизированный газ при высокой температуре, когда энергии всех составляющих плазму частиц равны и все процессы обмена являются равновесными. Такая плазма находится в состоянии термодинамического равновесия. Неизотермическая плазма характеризуется тем, что средняя энергия электронов во много раз превышает энергию ионов и нейтральных частиц. Процессы обмена

энергией в этом случае неравновесны и плазма поддерживается за счёт внешних факторов – например, электрического поля. Дальнейшее изложение будет касаться, главным образом, вопросов неизотермической плазмы, ибо последняя наиболее часто встречается в газоразрядных приборах.

Количественное описание плазменных процессов требует знания концентраций частиц всех типов, а также их энергетических, пространственных и временных распределений.

В неизотермической плазме основную роль в плазменных процессах играют электроны, поэтому в частном случае можно ограничиться знанием характеристик электронной компоненты. Наиболее важными параметрами неизотермической плазмы являются следующие:

∙функция распределения энергий и средняя энергия электронов;

∙приведённая напряжённость продольного электрического поля;

109