плазма электроотрицательных газов

ПЛАЗМА ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНЫХ ГАЗОВ - частично ионизованный газ, в к-ром кроме электронов и положит. ионов содержатся отрицательные ионы .Атомы и молекулы газов, обладающие высокими энергиями сродства к электрону (соединения F₂, C1₂, I₂), в плазме легко образуют отрицат. ионы и приводят к созданию ион-ионной плазмы. Эта плазма имеет высокую электрич. прочность и используется поэтому в качестве газонаполнителя в высоковольтных электроаппаратах. При меньших энергиях сродства наряду с отрицат. ионами в плазме присутствуют также свободные электроны.
Отношение концентрации п^- отрицат. ионов к концентрации п_еэлектронов является очень важной для П. э. г. величиной, определяющей мн. её свойства. Эта величина и её изменение в пространстве определяют структуру разряда в электроотрицат. газах. С ростомуменьшается самосогласов. поле, и при > 10 величина поля обусловлена в основном ион-ионным взаимодействием. Коэф. амбиполярной диффузии заряж. частиц в П. э. г. также зависит от С увеличением коэф. диффузии электронов в плазме возрастает и при> 1040 достигает насыщения, т.е. становится равным коэффициенту свободной диффузии электронов. Незначит. изменение тока или давления газа в П. э. г. может привести к возрастанию или уменьшению этого отношения, что сопровождается изменением радиального диффузионного потока заряж. частиц. Так, при > 10 диффузионный поток электронов настолько увеличивается, что в разряде концентрация электронов практически становится неизменной на участке от оси до стенки трубки.
Свойства плазмы молекулярного электроотрицат. газа зависят от степени диссоциации молекул. С ростом плотности атомов возрастает частота отлипания электронов от отрицат. ионов, что ведёт к уменьшению отношения концентрации отрицат. ионов к электронам, увеличению самосогласов. поля, действующего между заряж. частицами, уменьшению диффузионного потока электронов и т. п.
Процессы образования и разрушения отрицат. ионов в плазме могут привести к развитию разл. неустойчивостей в разряде, таких, как прилипательная и доменная неустойчивости. Если в разряде возникает положит. флуктуация поля, в результате к-рой скорость прилипания превышает скорость образования электронов, и это возмущение ориентировано поперёк тока, то в положительном столбе развивается прилипательная неустойчивость и он сжимается. Возникновение этой неустойчивости можно объяснить из анализа ур-ния баланса электронов

(D_a - коэф. амбиполярной диффузии, v и - коэф. ионизации и прилипания соответственно) и ур-ния теплопроводности. Повышение давления газа (т. е. плотности N нейтральных частиц) или разрядного тока приводит к возрастанию частоты столкновений электронов с нейтральными частицами и установлению градиента темп-ры газа, вследствие чего параметр E/N (Е - продольное электрич. поле) станет переменным вдоль поперечного сечения плазменного столба. Т. к. частота ионизации зависит от E/N экспоненциально, а прилипание зависит слабо, то области образования и рекомбинации заряж. частиц окажутся пространственно разделёнными. В узкой приосевой области столба, где частота ионизации значительно превышает частоту прилипания (v >), будут образовываться электроны. На периферии, где E/N меньше, чем на оси, и поэтому v <, электроны, диффундирующие из центральной области, будут прилипать к нейтральным частицам, образуя отрицат. ионы, к-рые затем эффективно рекомбинируют вследствие ион-ионного взаимодействия. Положит. столб тлеющего разряда неустойчив, если на его периферии Развитие этой неустойчивости в разряде электроотрицат. газов приводит к контракции положит. столба при меньших значениях токов и давлений, чем в электроположит. газах. Рассмотрим развитие доменной неустойчивости. Пусть в положит. столбе разряда где-то повысилась концентрация электронов. Параметр E/N и темп-pa электронов в этом месте уменьшатся, что вызовет уменьшение частоты прилипания электронов, но не изменит частоту отлипания, не зависящую от E/N. В результате нарушения баланса этих двух процессов возрастёт число электронов, поступающих в плазму, и, следовательно, разрядный ток. Из-за нарушения баланса прилипания и отлипания начнёт уменьшаться концентрация отрицат. ионов, их плотность достигнет мин. значения и поступление электронов за счёт отлипания прекратится. Разрядный ток, достигший макс. значения, начнёт уменьшаться из-за уменьшения поступления электронов, к-рое далее приведёт к росту частоты ионизации и медленному повышению частоты прилипания. При мин. величине разрядного тока отношение E/N примет наиб. значение и вследствие того, что при этом v будет быстро нарастать, начнётся рост тока и т. д.; происходит чередование снижения и возрастания величины тока, т. е. модуляция разрядного тока. В разряде образуются бегущие слои (домены). Доменная неустойчивость возникает при 0,1.

Лит.: Смирнов Б. М., Отрицательные ноны, М., 1978; Галечян Г. А., Свойства плазмы электроотрицательных газов, в сб.: Химия плазмы, в. 7, М., 1980.

Г. А. Галечян.

   <<      Предметный указатель      >>