19225

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД

Лекция

Физика

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД Тлеющий разряд имеет свои принципиальные особенности по сравнению с другими видами газовых разрядов. Ввиду этого рассмотрим сравнительную вольтамперную характеристику основных газовых разрядов рис.1. Для получения данной экспериментально

Русский

2013-07-11

87.5 KB

8 чел.

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД

      Тлеющий разряд имеет свои принципиальные особенности по сравнению с другими видами газовых разрядов. Ввиду этого, рассмотрим сравнительную вольтамперную характеристику основных газовых разрядов (рис.1). Для получения данной экспериментальной зависимости использовался разряд в неоне при давлении 1 торр с медными электродами: расстояние между электродами 50 см, площадь поверхности электрода 10 см2. Наиболее слаботочная область (1) соответствует несамостоятельному разряду, когда для зажигания разряда требуется внешний ионизатор (УФ -излучение, электронный пучок и т.д.). Следующая область (2) принадлежит таунсендовскому самостоятельному разряду, в котором существуют механизм ионизации электронным ударом и процесс ион -электронной эмиссии на катоде. Заметим, что таунсендовский разряд не обладает свечением, т.е. считается темновым разрядом. При увеличении тока в области (3) таунсендовский разряд постепенно переходит в тлеющий разряд, что сопровождается падением напряжения на разряде. Область (4) соответствует нормальному тлеющему разряду, в котором разряд характеризуют светящиеся области, и процессы свойственные тлеющему разряду. Дальнейший рост тока в области (5) приводит к аномальному тлеющему разряду, в котором возникает нагрев катода и появление термоэмиссии, присущей дуговому разряду. В последующей области (6) напряжение на разряде резко уменьшается и разряд окончательно переходит в дуговой (7), который характеризует небольшое напряжение и дальнейший рост силы тока.

                                                                                                    Рис.1

 

                                                                               Рис.2

       Исследования тлеющего разряда, начатые в начале XIX века Фарадеем, были затем продолжены многими известными учеными. Модифицированный тлеющий разряд при уменьшении давления использовался затем в конце XIX века Рентгеном в его знаменитых экспериментах с катодными лучами. Традиционно тлеющие разряды создавались в стеклянных трубках на остаточном воздухе, либо при газовом заполнении при пониженном давлении (10-2-102 торр) (рис.2). Наибольшей светимостью, как правило, обладает положительный столб, который в зависимости от газа принимает различную окраску. Так, например, для воздуха цветовые тона фиолетово-розовые, для гелия – зеленые, для аргона и ртути – голубые, для неона – оранжево-желтые и т.д.  

      Свечение тлеющего разряда связано с наличием определенных областей, которым свойственны характерные процессы (рис.2). Ближайшим к катоду находится катодное свечение, которое в некоторых тлеющих разрядах обладает достаточной яркостью за счет процессов ионизации электронным ударом. Следующее за ним отрицательное свечение обычно более слабое по интенсивности и присутствует не у всех разрядов. Яркий для газоразрядных стеклянных трубок положительный столб обладает наибольшими размерами. Положительный столб характеризуются дрейфом заряженных частиц в электрическом поле и  процессами их диффузии. Анодное свечение, как правило, слабое и наблюдается редко. Области свечения разделяются темными пространствами (рис.2), в которых возбуждение и ионизация частиц незначительная.

         

   а)                                                                          б)

   в)                                                                           г)

                           Рис.3

       Рассмотрим характерные зависимости потенциала, напряженности электрического поля, плотности тока и концентрации заряженных частиц тлеющего разряда (рис.3). Зависимость для потенциала содержит характерный подъем в области катодного слоя с последующим медленным ростом в области положительного столба (рис.3а). Катодное падение потенциала  UК составляет около 2/3 всего приложенного напряжения к разряду и значительно превышает анодное  UА. Максимальная напряженность электрического поля (рис.3б) соответственно существует также в области катодного слоя. Плотности электронного и ионного токов достигают максимумов соответственно на аноде и на катоде соответственно (рис.3в). Электронная и ионная концентрации имеют сложные зависимости и приблизительно одинаковы в области положительного столба (рис.3г).

       Рассмотрим теоретическое описание процессов области близлежащей к катоду – катодного слоя. Данную область характеризуют сильный рост потенциала и соответственно высокие значения напряженности электрического поля (рис.3 а,б). В катодном слое доминирующими считаются процессы ионизации и дрейфового движения в электрическом поле. Процессами диффузии и рекомбинации обычно пренебрегают, т.е. считают их незначительными. Выражения для плотностей токов представляются в виде:                                            

                                                                

              

Граничные условия для значений плотностей токов на катоде и аноде записываются следующим образом:

                                           

Поэтому выражения переписываются в форме:

                   

       В результате плотности электронного и ионного токов имеют вид:

                   

Полученные формулы передают характерные моменты экспериментальных зависимостей изображенных на рис.3 а,б.    

        Рассмотрим вывод выражения для напряженности электрического поля в катодном слое с учетом пространственных зарядов. Уравнение Пуассона в одномерном случае записывается с учетом зависимостей для концентраций заряженных частиц (рис.3г) следующим образом:    

                                                                             

                              

                    

После интегрирования последнего уравнения получается следующее выражение для напряженности электрического поля:

                                       

Полученная формула передает основную тенденцию зависимости (рис.3б), которая содержит резкий спад в области катодного слоя.

                                                 

        

                       

       К неустойчивостям тлеющего разряда следует отнести: 1) ионизационно-перегревную неустойчивость, 2) контракцию (шнурование) разряда, 3) страты. Ионизационно-перегревная неустойчивость наблюдается в некоторых видах сильноточных тлеющих разрядов. Контракция (шнурование) разряда имеет место также при достаточно сильных для тлеющих разрядов токах. При контракции происходит сжатие или уменьшение диаметра плазменного шнура аналогичное пинч-эффекту.

       При определенных условиях положительный столб тлеющего разряда разделяется на светящиеся полосы, разделенные темными промежутками, т.е. происходит образование страт. Экспериментально было установлено, что для страт выполняются следующие соотношения:

   1)  

   2)  

   3)  

Где l0 -расстояние между соседними стратами, p -газовое давление, r -радиус плазменного столба, B -внешнее магнитное давление. Расстояние между соседними стратами (l0) при этом остается неименным. Для объяснения образования страт были предложены теории, учитывающие ступенчатый характер ионизации газа положительного столба электронами.


7

3

1

6

5

4

200

400

600

10-11

10-10

10-5

10-4

10-1

1

10

I, A

U, В

К

А

-

+

Свечения:

катодное

положительный столб

отрицательное

анодное

Темные пространства:

астоново

катодное

фарадеево

анодное

UА

UК

x

d

d

x

x

j

d

je

j+

n+

ne

ne

n+

nen+

n

d

x


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41191. Теплообмен излучением 390 KB
  Природа теплового излучения Излучение это перенос энергии при помощи электромагнитных волн испускаемых излучаемым телом. Последние проявляются в том что испускание и поглощение энергии излучения осуществляется отдельными порциями фотонами света или квантами. Каждое конкретное тело обладает своим спектром излучения с соответствующим распределением электромагнитного излучения по длинам волн. Твердые тела и жидкости как правило имеют непрерывный спектр излучения
41192. Нанесение пленок методом ионного распыления 105 KB
  Принцип действия устройств ионного распыления основан на таких физических явлениях как ионизация частиц газа тлеющий разряд в вакууме и распыление веществ бомбардировкой ускоренными ионами. Таким образом плазма тлеющего разряда является генератором ионов необходимых для эффективной бомбардировки катода и его распыления. Схема ионного распыления Показателем эффективности процесса ионного распыления является коэффициент распыления который выражается числом удаленных частиц распыляемого вещества приходящихся на один бомбардирующий ион и...
41193. Учет собственного капитала за МСФО 139.5 KB
  Бухгалтерский учет капитала в простых товариществах очень похож на учет при единоличном владении. Основное отличие заключается в том что необходимо вести учет по счетам вложения и изъятия капитала каждого из партнеров и распределять между ними прибыли и убытки. В разделе балансового отчета Капитал партнеров необходимо отдельно показывать сальдо по каждому счету. Главное отличие бухгалтерского учета в акционерных обществах от учета в единоличных хозяйствах и товариществах заключается в учете капитала.
41194. Закон Кирхгофа 1.34 MB
  Плотности потока собственного излучения серого и абсолютно черного тел; их поглощательные способности; температуры тел. Рассмотрим случай равновесного излучения когда . расход энергии излучения равен ее приходу. Отношение плотности потока собственного излучения тела к его поглощательной способности одинаково для всех серых тел и равно плотности потока собственного излучения абсолютно черного тела при той же температуре.
41195. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПЛЕНОК И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ИХ НАНЕСЕНИЯ 143.5 KB
  Наиболее важен контроль в камере так как в зависимости от его результатов регулируются режимы процесса роста пленки что позволяет устранить операции подгонки ее параметров после нанесения. Метод микровзвешивания в основном используемый в производстве гибридных ИМС состоит в определении приращения массы Δm подложки после нанесения на нее пленки. При этом среднюю толщину пленки определяют по формуле: где площадь пленки на подложке; удельная масса нанесенного вещества. При измерении толщины пленки взвешиванием считают что плотность...
41196. Основные методы решения задачи теплообмена излучением 1.13 MB
  Необходимо определить: поток результирующего излучения между телами. Теплообмен излучением между телами образующими замкнутую систему. Рассмотрим два вогнутых серых тела образующими замкнутую систему. Пусть температура первого тела превышает температуру второго тела .
41197. Транзитивное замыкание графа. Алгоритм Уоршалла (Warshall) 280.5 KB
  Именно {Инициализация: } {1} for i := 1 to n do {2} for j := 1 to n do {3} if i = j then else ; {4} for k := 1 to n do {5} for i := 1 to n do {6} for j := 1 to n do {7} ; {есть матрица смежности транзитивного замыкания т. {Инициализация: } {1} for i := 1 to n do {2} for j := 1 to n do {3} if i = j then else ; {4} for k := 1 to n do {5} for i := 1 to n do {6} if then ; {есть матрица смежности транзитивного замыкания т. Следовательно матрицу можно вычислить с помощью алгоритма:...
41198. Стимулированное плазмой осаждение из газовой фазы 111 KB
  Другими достоинствами активации плазмой термической реакции являются увеличение скорости осаждения и возможность получения пленок уникального состава. Благодаря низкой температуре и высокой скорости процесса осаждения а также обеспечению таких свойств как адгезия низкая плотность сквозных дефектов хорошее перекрытие ступенек рельефа приемлемые электрические характеристики пленки полученные стимулированным плазменным осаждением хорошо подходят в качестве: пассивирующего слоя для металлов с низкой температурой плавления...