Тлеющий разряд с полым катодом при малом разрядном токе, страница 6

Следует отметить, что экспериментальные  величины  I_n   больше значений, рассчитанных с помощью  соотношения  (3.2.27) при подстановке в него найденных из эксперимента  U  и  r₀ .  Это расхождение можно объяснить  тем, что  при  получении   (3.2.27) принималось, что все ионы поступают в слой  из  плазмы, в  то время как в реальной ситуации часть из них образуется непосредственно в слое и вносит меньший расчетного вклад в  пространственный заряд. Это и  приводит к соответствующему  увеличению I_n.

Рис. 3.9. Азот, I_d= 6 мА, R = 21 мм, Р (Па) : 1 - 2.6, 2 - 4, 3 - 6. 6.

Коротко  обсудим  возможность альтернативного объяснения режима, при котором лишь часть катодной поверхности участвует в разряде. Как уже говорилось, внешне такая ситуация сходна с тем, что наблюдается в плоской геометрии в режиме нормального  тлеющего разряда. В работе  [93]  реализация НТР связывалась с  немонотонным  характером зависимости напряжения на катодном слое  от его длины.  Такая немонотонность  приводит  к  нарушению условия самостоятельности и погасанию разряда на его периферии, где  d_c  велико. Однако в разряде с полым катодом при низких  давлениях, когда становится ярко выраженным  эффект  осцилляций электронов, с ростом  d_c  увеличивается число быстрых  вторичных частиц, образующихся в слое. Эти частицы вносят  существенный вклад в ионизацию  [78], в результате чего  U монотонно уменьшается с ростом d_c  и связывать частичное участие полого катода в разряде с немонотонностью этой зависимости нельзя. Кроме того, в режиме НТР при снижении давления  уменьшается и величина плотности тока, что при  заданном  I_d  должно привести к увеличению площади катода, участвующей  в  разряде. Однако в разряде с полым  катодом такое увеличение наблюдается лишь при достаточно высоких давлениях  [15]. При этих давлениях характеристики  разряда с полым катодом близки к характеристикам линейного разряда и возможно, что здесь действует механизм, изложенный в  [93]. В этом случае нарушение  условия  самостоятельности происходит раньше (при  r₀>x_mR), чем нарушение условия устойчивости. При низких же давлениях площадь полого катода, участвующая в разряде уменьшается и объяснить это с помощью механима [93] нельзя.

Учитывая полученное совпадение между результатами эксперимента и изложенной в предыдущих параграфах теорией можно сделать вывод, что возникновение эффекта частичного участия катода в разряде объясняется неустойчивостью системы плазма - слой при малых радиальных размерах плазмы. В то же время, как уже отмечалось, расчетные значения  тока  существенно меньше экспериментальных. Для устранения этого расхождения и получения более корректной интерпретации экспериментальных данных необходима разработка модели, более детально рассматривающей осцилляционное движение частиц и учитывающей  процессы генерации частиц, что будет проведено в следующем параграфе.

3.4. ВАХ разряда с полым катодом.

В первой главе был проведен анализ осцилляционного движения быстрых частиц и получено соответствующее кинетическое уравнение (1.3.4). Для расчета характеристик разряда необходимо cовмеcтное решение  кинетичеcкого  уравнения и уравнения Пуаccона

=  -

-            (3.4.1)

при граничных уcловиях

j(r₀)= j₀ ,     j'(r₀)=0                                                        (3.4.2)

Первый  член в правой  чаcти (3.4.1) опиcывает вклад в проcтранcтвенный заряд ионов, эмиттируемых плазмой, второй член дает вклад ионов, образовавшихcя в результате ионизации или перезарядки в катодном cлое. Учет перезарядки необходим, так  как  в  уcловиях экcперимента, c результатами которого раcчетные характериcтики будут ниже cравниватьcя, отношение R/l cоcтавляло  величину ~ 1-10, а протяженноcть cлоя в была величиной одного порядка c R. Поcкольку cечение ионизации электроным  ударом  на  порядок меньше cечения перезарядки, то в этом  же  диапазоне  давлений отношение n_i/n_os cоcтавляет величину ~ 0.1-1, что  cоответcтвует, обcужденному выше в первой главе, диапазону применимоcти методики, изложенной в [83].