- •Процессы, рассматриваемые в вакуумной и плазменной электронике
- •Плазменная электроника
- •10 ‑ Плазменный фокус,
- •Параметры и свойства плазмы.
- •Параметры частиц.
- •Свойства плазмы.
- •Харакстеристики плазмы. Характеристика плазмы – взаимосвязь параметров – свойство характеризующее плазму (вах, изменение Nчастиц в объеме плазмы и т.Д.) Отличие плазмы от ионизованного газа.
- •Факторы отличия плазмы от ионизованного газа.
- •Квазинейтральность плазмы
- •Идеальность плазмы.
- •Движение и столкновение частиц.
- •Модель Томсона столкновения частиц.
- •1. Численный критерий: – сильноионизированная плазма, – слабоионизированная плазма.
- •Термодинамическое равновесие плазмы.
Идеальность плазмы.
Идеальная плазма – плазма, потенциал кулоновского взаимодействия частиц которой, на среднем расстоянии между ними, значительно меньше средней кинетической энергии частиц. Взаимодействием между частицами можно пренебречь, согласно условию газовости V(r)<<
Тогда , или - условие идеальности.
Параметр идеальности такой плазмы имеет выражение:
(6)
При 1. При плазма неидеальна.
В предельном значении
При Te,i=1эВ=11600°С 1016см-3 |
При Te,i=10эВ =1019см-3 |
Газовая плазма – идеальная плазма; плазма жидкости (с наличием ионов), и плазма твердого тела – неидеальная плазма. В неидеальной плазме наличие превалирующего кулоновского (и иного близкодействия) приводит к сильному влиянию состояния и параметров частиц друг на друга. Идеальная плазма, при очень сильном внешнем воздействии, по своим свойствам отличается от обычной идеальной плазмы (к примеру полевая плазма).
Плазма – это ионизованный газ, в котором учитывается кулоновское взаимодействие (потенциальная энергия) соизмерима с кинетическим (кинетическая энергия), определяя тем самым её основные свойства и параметры. Такое отношение сил взаимодействия осуществляется при достижении концентрации заряженных частиц, достаточной для оказания существенного влияния на поведение каждой частицы плазмы. Величина этой концентрации зависит от параметров плазмы, условий её возникновения и существования.
Движение и столкновение частиц.
Длина свободного пробега (L) частицы – среднее значение пути частицы между двумя столкновениями.
Частота столкновения частицы ( ) – количество столкновений частиц за определённый промежуток времени
Эффективное сечение столкновений частиц – мера вероятности соударения частиц.
Модель Томсона столкновения частиц.
(валентный электрон атома)
Рис. 5. Взаимодействие электронов при столкновении
При ∆E < EK , где ∆E – энергия обмена между электронами.
Уравнение Ньютона для изменения импульса налетающего электрона: , где – сила, действующая со стороны валентного электрона, R – расстояние между электронами, ∆p изменение импульса налетающего электрона.
, где ‑ импульсный параметр столкновения (прицельный параметр).
Полное изменение импульса , а энергия, отдаваемая налетающим электроном и приобретаемая неподвижным электроном, ‑
Отсюда получаем выражение для сечения столкновения электронов, обменивающихся энергией ∆E: (7)
Эта формула носит название формулы Резерфорда.
В случае, когда ∆E≈EК и учитывая, что ∆E> (потенциал ионизации), получим выражение для эффективного сечения столкновения:
(8)
В этом случае, происходит ионизация частиц газа. В случае, когда E< происходит изменение внутренней энергии частицы, и она переходит из основного состояния в состояние с большей энергией. Этот процесс носит название возбуждение частицы.
Типы ионизации – ударная (при столкновении), термическая (при нагреве), фотоионизация (передача энергии фотона).
Степень ионизации
Формула Саха: (9)
где g ‑ статистический вес (число электронных состояний) частиц, e – заряд электрона, me – масса электрона, Te – температура электрона, Jиониз – потенциал ионизации атома, k – постоянная Больцмана, h – постоянная Планка.
Критерии степени ионизации плазмы: