- •Неустойчивость плазмы.
- •Условия устойчивости плазмы
- •, Где (радиус Бора) - условие неквантованности плазмы.
- •Плазма во внешних полях. Плазма во внешнем однородном электрическом поле.
- •Плазма во внешнем переменном электрическом поле.
- •Плазма во внешнем однородном магнитном поле.
- •Если частица движется перпендикулярно н, то .
- •Плазма в комбинированных полях.
- •Взаимодействие плазмы и полей.
- •Явление переноса частиц в плазме. Перенос под действием электрического поля.
- •1. Полностью ионизованная плазма.
- •2 Слабоионизованная плазма.
- •Перенос под действием градиента концентрации частиц.
- •Перенос под действием градиента температуры
- •Процессы переноса в магнитном поле.
- •Образование активных частиц плазмы.
- •Условные обозначения:
- •Элементарные процессы в плазме
- •Ионизация
- •Диссоциация
- •Тройная рекомбинация электронов и ионов.
- •Модель процесса плазмохимической обработки.
Неустойчивость плазмы.
Столкновение частиц плазмы приводит к процессам ионизации и диссоциации. В результате ионизации и диссоциации в плазме возникают новые частицы – ионы и ион-радикалы. При рекомбинации они исчезают.
Степень ионизации определяется по формуле Саха:
, (14)
где ,
- энергия ионизации.
Степень диссоциации можно определить по уравнению:
(15)
где ma – масса атома A, IAB – момент инерции молекулы AB, v – частота колебаний атома А, Eдисс – энергия диссоциации.
Константа парной рекомбинации:
где R – расстояние между ионами, Eдисс – энергия диссоциации, - приведенная масса ионов.
Эти процессы , протекающие по взаимно противоположным направлениям, влияют на устойчивость плазмы.
Возникновение
частиц
(ионизация,
диссоциация)
Исчезновения
частиц
(рекомбинация)
Устойчивость
плазмы
Условия устойчивости плазмы
<<1- условие идеальности;
, Где (радиус Бора) - условие неквантованности плазмы.
kT<< =27,2 эВ-температура плазмы меньше характерной атомной величины.
а) При низких температурах : Vрек>>Vиониз , диссоц
б) При высоких температурах : Vиониз , диссоц возрастает, следовательно увеличивается Vрек, тогда Vдисс,иониз вновь уменьшается, то есть происходит релаксация отклонения от равновесия.
,где =2,4*10-17-характерное атомное время.
;
где L – размер области плазмы, V – скорость ионизации.
При T=10 кэВ, , L=0,1 см
=
Поскольку время создания и жизни плазмы превышает время ее распада (релаксации), в устойчивом состоянии может состоять только идеальная плазма.
При любом временном отклонении от состояния равновесия плазмы (импульсное возбуждение плазмы, воздействие внешних сил, полей и т.д.) в результате процессов рекомбинации (в силу (б)) плазма возвратится в состояние равновесия. При постоянном действии внешних или внутренних сил, в стационарном состоянии может существовать и неидеальная плазма (плазма электролитов, твердых тел). В этом случае внешние (внутренние) силы наоборот препятствуют рекомбинации, разрушающей существование неидеальной плазмы.
Плазма во внешних полях. Плазма во внешнем однородном электрическом поле.
Рис. 7 Движение частицы в электрическом поле.
F=qE ; ; Vx=V0; (равномерная)
Vy =V0+at =V0+ t(равномерноускоренное)
t=ti x=V0t;
Уравнение траектории частицы: (уравнение параболы). (16)
Кинетическая энергия при движении в электрическом поле изменится за счет работы, совершаемой полем, , где – разность потенциалов в точках 1 и 2. Тогда кинетическая энергия заряженной частицы в электрическом поле: , где Z = – кратность заряда. (17)
Вывод: во внешнем однородном электрическом поле заряженная частица двигается с ускорением по криволинейной траектории (параболе) в зависимости от направления начального ее движения и ее кинетическая энергия изменяется (в соответствии с зарядом частицы и напряженностью поля).
Внешнее однородное электрическое поле используется для увеличения скорости и кинетической энергии частиц.