CC BY
5УДК 533.9.01
Сычёв А.И.
студент-магистрант кафедры электроэнергетики и автоматики Белгородский государственный университет им. В. Г. Шухова (Россия, г. Белгород)
ПРОБЛЕМЫ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ПЛАЗМЕННОГО РАЗРЯДА
Аннотация: в данной статье рассматриваются проблемы, возникающие при образовании плазменного разряда, анализируются и предлагаются различные варианты их решения.
Ключевые слова: плазма, разряд.
Плазма - ионизированный газ, одно из четырех основных агрегатных состояний вещества. При создании плазменного разряда, проявляются различные факторы, мешающие стабильному протеканию процесса и вызывающие различные виды неустойчивости.
Ионизированный газ содержит свободные электроны и положительные и отрицательные ионы. В более широком смысле, плазма может состоять из любых заряженных частиц (например, кварк-глюонная плазма). Квазинейтральность означает, что суммарный заряд в любом малом по сравнению с размерами системы объёме равен нулю, является её ключевым отличием от других систем, содержащих заряженные частицы (например, электронные или ионные пучки). Поскольку при нагреве газа до достаточно высоких температур, он переходит в плазму, она называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.
При увеличении давления до 10-4^10-3 Тор разряд переходит в новую модификацию. Анодный слой, как правило, разрушается, а разрядный ток резко возрастает. Переход в новую модификацию становится возможным при т ^ Пе, когда вероятность ионизации нейтральных атомов становится высокой. При таких условиях на структуру анодного слоя оказывает влияние характер поступления нейтральных атомов в слой, причем в разряде наступают различные аномалии, например, ионизационная неустойчивость [2].
Осциллографирование вакуумного ЕН-разряда позволило установить, что ионный и продольный электронный (вдоль Н) токи пульсируют во времени с частотой порядка нескольких сотен килогерц [1 ]. Наиболее характерная особенность этих пульсаций состоит в том, что электронный ток на диски имеет выбросы длительностью ~10-7 с и амплитудой, во много раз большей среднего значения тока. Импульсный сброс электронов происходит непосредственно из анодного слоя и сопровождается появлением ВЧ - сигнала. Частота следования импульсов пропорциональна давлению газа и определяется временем накопления новых электронов в слое за счет ионизации.
В результате проведенных экспериментов показано, что неустойчивость в слое возникает периодически, когда плотность электронов достигает некоторой критической величины. Она развивается за время, во много раз меньшее, чем время электрон-атомных столкновений, и приводит к импульсному сбросу электронов из слоя. При таких условиях качественное поведение усредненных характеристик хорошо описывается теорией, которая учитывает классическую подвижность электронов. Однако толщина слоя будет больше, а разрядный ток меньше, чем предсказывает теория.
Вопрос о природе развивающихся неустойчивостей окончательно не решен. В большинстве случаев наиболее вероятно развитие диокотронной неустойчивости [3]. Однако не ясно, как с помощью диокотронной неустойчивости можно объяснить сброс электронов на катодные диски вдоль магнитного поля.
В EH-слое может развиваться апериодическая электростатическая неустойчивость ограниченного ионного пучка, которая аналогична пирсовой неустойчивости электронного пучка. Развитие этой неустойчивости связано с тем, что ионный пучок проходит через область магнитного поля, где электрическое поле практически отсутствует и компенсация положительного объемного заряда осуществляется, главным образом, электронами из пристеночных слоев, так как ионизация электронами в этой области незначительна из-за низких значений энергий. При появлении возмущения в пучке его потенциал меняется как целое относительно окружающих стенок. При превышении плотностью ионного тока некоторой критической величины электронов оказывается недостаточно, и ионный пучок становится неустойчивым. Эта неустойчивость, развивающаяся подобным образом, ведет к образованию виртуального анода - электростатической пробки - и к запиранию ионного пучка. Время нарастания неустойчивости порядка времени пролета ионов . Электростатическая неустойчивость может быть подавлена путем эмиссии электронов вдоль магнитного поля либо подбором рабочих характеристик системы (ускоряющего напряжения, магнитного поля, давления рабочего газа и т.д.).
Таки образом, при рассмотрении процесса создании плазмы, были рассмотрены различные виды неустойчивости, которые препятствуют созданию стабильного разряда. Рассмотрели возможные варианты решения данных проблем.
Библиографический список:
1. Бархударов Э.М. и др. Неустойчивость анодного слоя и электроны аномально большой энергии в разряде низкого давления в поперечном магнитном поле // ЖТФ.- 1972.- Т.42.- вып.9.- с.1968-1974.
2. Ерофеев В.С., Саночкин Ю.В. Ионизационная неустойчивость самостоятельного разряда низкого давления в сильном поперечном магнитном поле // ЖТФ.- 1970.- Т.40.- вып.9.
3. Сидней, Алларио, Гесс Возникновение вращательной неустойчивости в линейном холловском ускорителе // Ракетная техника и космонавтика. 1970.- _ 6.- с.160-165.
