- •Физика плазмы
- •Элементарные процессы в плазме.
- •Излучение в плазме.
- •Упругие и неупругие столкновения
- •Лазерная диагностика плазмы
- •Отражение. Электромагнитное излучение может отражаться от плазмы. Фарадеевское вращение
- •Лазеры в плазме.
- •Взаимодействие электромагнитной волны с электронами
- •Методы диагностики плазмы
- •Метод интерферометрии
- •Простейший интерферометр Маха-Цендера-Рождественского.
- •Интерферометр Майкельсона.
- •Интерферометр Фабри-Перо.
- •Диагностика
- •Лазерное рассеяние
- •Двухволновая интерферометрия.
- •Оптическая диагностика.
- •Упругие взаимодействия
- •Длина свободного пробега
- •Дальнее взаимодействие
- •Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •Диагностика параметров заряженных частиц в магнитном поле.
- •Дрейфовые приближения.
- •Дрейф в постоянном магнитном поле при наличии внешних сил.
- •Дрейф в e, h полях
- •Дрейф заряженных частиц в неоднородном магнитном поле.
- •Инвариантность магнитного момента частицы.
- •Плазма – проводник.
- •Электрические разряды в газах
- •Обобщённая вах разрядов в газах.
- •Тлеющий разряд.
- •Процессы на катоде.
- •Наполнение ламп
- •Область дуги.
- •Применение плазмы в медицине.
Физика плазмы
Лэнгмюр изучал тлеющий заряд
Состояние вещества в столбе он назвал плазмой
Энергии: кинетическая, потенциальная, колебания, ионизации
1) В твёрдом теле Wпот>>Wкин Только электроны движутся
2) В жидкости Wколеб>>Wпот Расстояние между атомами и молекулами примерно фиксировано но разлёта пока нет
3) В газе Wкин >Wпот
4) В плазме Wиониз> всех видов энергии
Представим себе
n – концентрация
ne = ni
C = E = E = ∙
F = ∙ W = ∙ e
конденсатор
Q = C∙U
Свойства плазмы :
Ионизованность
Квазинейтральность (из-за того что ne = ni)
Будем считать, что все ионы и электроны движутся в одном направлении. Каждый имеет свою ориентацию
Либо они разлетаются, либо нет
В каком случае они не разлетаются?
Если Wкин = Wпот
Q = S∙d∙ne∙e U = = ∙4πd E = 4πd∙nee F = 4πd∙nee2
ωo = = ωp — плазменная частота (лэнгмюровская частота)
Приравниваем энергию к kT
d = — Дебаевский радиус
Можно говорить о разной температуре Тe и Ti
Чем меньше взаимодействие, тем меньше радиус. Он зависит от ne и Те
Определение:
Плазма – ионизованный, квазинейтральный газ, имеющий размеры, превышающий радиус Дебая
В плазме разделение может быть на расстояние меньше радиуса Дебая
Идеальная плазма – когда Wкин >> Wэл взаим
kT >> => kT >>
Мы имеем дело с неидеальной плазмой
p ~ nv2 — давление
Элементарные процессы в плазме.
Плазма характеризуется степенью ионизации
ne – концентрация электронов в плазме
na – концентрация атомов в плазме
ni – концентрация ионов в плазме
плазма высоко ионизована
<плазма слабо ионизована
В плазме существуют молекулы и радикалы.
Если энергия электрона больше потенциала ионизации, то он сможет вылететь из атома.
Процессы в плазме:
Ионизация
Рекомбинация
Перезарядка
Ассоциация
Диссоциация
Возбуждение
Снятие возбуждения
Образование отрицательных ионов
1,2,3 – ионы и электроны
4,5 – молекулы
Введем обозначения:
А – атом
А± - ион
АВ – молекула
А* - возбужденный атом
е- - электрон
Ионизация плазмы
а) А + hν → А+ + е-
б) А + В → А++ В + е- (WB>>WA)
в) А + В* → А+ + В + е- (ViA< ViB)
г) Ионизация электронным ударом
А + е- → А+ + 2е- (We >> WA)
Наиболее вероятные процессы а, б, г.
2) Рекомбинация
а) А+ + е- → А + hν излучательная рекомбинация
hν = We + Vi
б ) Тройная рекомбинация
А+ + е- + В → А + В* Рекомбинационные полосы
Перезарядка
А+ + В → А + В+ (WA<WB)
4) Ассоциация
А + В → АВ
5) Диссоциация
АВ → А + В
Возбуждение
а) А + е- → А* + е- - Возбуждение электронным ударом
б) А + В* → А* + В - Возбуждение другим возбужденным атомом
в) А + hν → А* - Поглощение электромагнитного излучения
7) Снятие возбуждения
τ – время жизни в возбужденном состоянии
τ ~ 10-8 сек
а) Высвечивание
А* → А + hν
А** → А* + hν1 → А + hν2
б) Ассоциативная ионизация
А* + В → АВ+ + е-
в) Эффект Пеннинга
А* + В → А + В+ + е-
г) Передача возбуждения
А* + В → А + В*
8) Образование отрицательных ионов
А + е- → А-
|
Vi1 |
Vi2 |
Vi3 |
Vвозб. |
Vсродства е |
H |
13,5 |
― |
― |
10,2 |
0,75 |
He |
24,5 |
― |
― |
21,2 |
0,08 |
Ne |
21,5 |
63,2 |
126,2 |
16,85 |
― |
Vi1(Na) = 5,1 эВ
Vi2(Na) = 1,65*103 эВ