Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
Следует заметить, что чаото предпринимаются попытки до-битьоя удовлетворительного ооглаоия данных эксперимента о результатами раочета путем включения в рассмотрение все боль-
128
шего числа различных физических факторов, способных влиять на характеристики плазмы. Но при этом необходимо быть уверенна* в надежности экспериментальных данных, о которыми проводится сравнение, так как они (зачастую) вызывают сомнения.Так, в большинстве современных работ по исследованию электрокинетических характеристик плазмы - см., например, [85, 98, 121-124] - полученные выводи основаны на анализе измеренных вольтамперных зондовых характеристик. О невозможности получения однозначных данных о помощью такого анализа в уоловиях аеравновеоной плазмы говорилось уже в гл.1. Кроме того, необходимо помнить одно из ооновных условий применимости клаосг-ческого зондового метода: радиус зонда должен быть много меньше длины свободного пробега электронов. Исходя из этого условия, при радиусе зонда порядка 30 мкм корректные измерения концентрации и температуры электронов возможны только при давлении инертного газа, не превышающем 3,5 4* 4 тор. Что касается результатов измерения напряженности электрического поля в плазме, то далеко не всегда оущеотвует уверенность в аксиальной однородности положительного отолба разряда в уоловиях проводимого эксперимента, как, например, в работе [123](на результаты которой часто ссылаются).
Перейдем ко второму оледотвию увеличения давления паров ртути. Рассмотрим, к каким выводам может привеоти учет возможных столкновений возбужденных атомов ртути друг о другом. Этот вопрос уже затрагивался в разделе 3 гл.1, где было показано, что в уоловиях работы люминеоцентных ламп эти процео-оы не оказывают заметного влияния на чаототу ионизации в плазме. Однако оам факт возможного изменения характера ионизации (по мере увеличения давления паров ртути) от ступенчатой к ионизации путем отолкновения возбужденных атомов ртути может привести к возникновению качественно новых овойотв плазмы. Рассмотрим уравнение баланса числа заряженных чаотиц о учетом парных столкновений метаотабильных атомов ртути в уоловиях разряда постоянного тока:
Или, поделив на л€ и выразив Nm из соответствующего уравнения баланоа (уравнение (1.26)), получим:
129
Как легко убедиться, в том олучае, когда второго слагаемого в уравнении (3.23) нет, вольтамперная характеристика разряда представляет собой олегка падающую зависимость напряженности от тока. В случае, когда второй член в правой чаоти уравнения (3.23) является главным, картина монет качественно измениться. Действительно, левая часть уравнения зависит от схтн разрядного тока только через зависимость кТе от тока. Эта зависимость доотаточно слаба и время амбиполярной диффузии частиц можно считать не зависящим от тока. Изменение силы тока, следовательно, не должно влиять и на правую чаоть уравнения. Это возможно, только если роот концентрации электронов о током будет окомпенсирован ооответотвуюшим ростом скорости рождения метастабильных атомов z0m. Для увеличения z0m дожна возрасти температура электронов кТе и, как следует из уравнения баланоа энергии электронов, должна повыситься напряженность электрического поля. Таким образом, вольтамперная характеристика разряда, в котором преобладает ионизация при парных столкновениях метаотабильных атомов ртути между собой,может стать положительной. Проотые математичеокие выкладки,аналогичные проведенным в разделе 2, дают зависимость Е-\/Г, причем эта зависимость сохраняется, даже если учеоть влияние на подвижность электронов их упругих столкновений о атомами ртути.
Проведенное рассмотрение, безусловно, носит чиото качественный характер (строгое решение задачи требует учета поперечного электрофореза, изменения по радиусу трубки частоты ионизации и т.д.), и тем не менее оно показывает принципиальную возможность получения разряда о растущей вольтамперной характеристикой. Полученный вывод интересен по двум причинам. Во-первых, раотущая вольтамперная характеристика позволяет ооздавать газоразрядный источник овета, для работы которого не нужно балластного сопротивления, ограничивающего силу разрядного тока. Во-вторых, анализ вольтамперной характеристики положительного столба при различных условиях разряда может позволить оудить о характере ионизации в плазме.
130
Рассмотрим в качестве примера вольтамперные характеристики ,полученные в ртутно-аргоновом разряде в трубках о разиш диаметром. Для устранения возможного влияния продольного мектрофореза на измерения направление тока,протекающего через плазму, изменялось на противоположное о чаототой 100 Гц. На рис,3.6 можно выделить две облаоти, растущую и падающую зависимость E от і. Концентрация метаотабильных атомов рту-ти, при условии их гибели в объеме плазмы, олабо завиоит от величніш разрядного тока,
?,отн. ед.
поэтому при малых токах
Рио.3.6.
(палые значения ле) можно получить уоловия, когда второе слагаемое в правой части выражения (3.23) будет много больше первого. При этом, как видно из рисунка, имеет место участок растущей вольт-амперной характеристики «С ростом тока увеличивается концентрация электронов, повышается роль ступенчатой ионизации по сравнению о ионизацией при парных соударениях метаотабильных атомов и вольтамперная характеристика переходит в падающую. На этом же рисунке приведена зависимость U(I)^i1/5 (оплошная кривая), нормализованная на значение напряженности при токе 10 мА. Несмотря на то, что эта зависимость была получена из проотых качественных соображений, в области малых токов, когда сделанные нами предположения выполняются, имеет меото доотаточно хорошее оогла-сие с измеренной кривой.
