Разряд с осцилляцией электронов в магнитном поле и его инициирование, страница 6

где k_e=n_e/N - эффективная частота столкновений плазменных электронов, отнормированная на единичную концентрацию нейтрального газа, а функция F(b), определяемая соотношением

,                                      (4.2.33)

слабо меняется с ростом b (от 0.7 при b=1 до 1 при b®) и при проведении оценок вполне может быть заменена на единицу. Соотношение (4.2.32) определяет нижнюю границу рабочего диапазона давлений рассматриваемой формы разряда. Интересно отметить, что это соотношение можно преобразовать к эквивалентной форме, имеющей простую физическую интерпретацию,

.                                                        (4.2.34)

Таким образом переход от высоковольтной к  сильноточной форме разряда при повышении давления становится возможным не вследствие более интенсивной ионизации, на что указывалось в работах [12,98], а благодаря обеспечению сравнимой или более высокой чем скорость ухода ионов скорости дрейфового движения электронов поперек магнитного поля. Таким образом ситуация в разрядах с магнитным полем отличается от того, что имелось в разряде с полым катодом, где повышение давления до некоторого уровня было необходимо именно для обеспечения более интенсивной ионизации и выполнения условия самостоятельности разряда.

Наименьшее рабочее давление p_m  достигается при минимально возможной индукции магнитного поля и может быть определено по формулам

,                      (4.2.35)

где w₀ = eB₀ / m. При p = p_m горение исследуемого разряда возможно лишь при единственном значении индукции магнитного поля. С увеличением магнитного поля критическое рабочее давление возрастает примерно пропорционально квадрату

Рис.4.8. Область реализации разряда в магнитном поле.

магнитной индукции. Область давлений и магнитных полей, в которой возможна реализация сильноточной формы разряда изображена на рис.4.8. Левее ОА в слабых магнитных полях ее поддержание невозможно вследствие недостаточной ионизации и невыполнения условия самостоятельности, а ниже кривой ОС вследствие недостаточно большой скорости движения электронов поперек магнитного поля и невозможности поддержания квазинейтрального состояния на участке от прикатодного слоя до анода.

При измерении экспериментальной зависимости напряжения горения разряда от индукции магнитного поля, проводимом при поддержании постоянного давления, постепенное увеличение B может привести к тому, что рабочая точка пересечет кривую ОС  и в этом случае квазинейтральное состояние в прианодной области будет нарушено и вблизи анода начнет формироваться электронный слой. При малой поверхности анода (что реализуется например в системе типа обращенный магнетрон) и, соответственно при большой плотности электронного тока падение напряжения на анодном слое может быть довольно большим. Измеряемая зависимость будет в этом случае немонотонной. Падающий участок, соответствующий нижней ветви зависимости u(b) сменится растущим, так как падение напряжение на анодном слое начнет вносить существенный вклад в полное разрядное напряжение. Именно этим объясняется наблюдаемый в экспериментах рост напряжения горения после увеличения В выше некоторого значения, зависящего от давления газа. Что же касается систем Пеннинговского типа и Прямого магнетрона, то здесь площадь анода велика, и плотность электронного тока вблизи анода мала. В этих условиях перепад потенциала на анодном слое не должен быть большим, и поэтому возможно сохранение падающего характера зависимостей U(B) в более широком диапазоне магнитных полей. Появление немонотонностей, по - видимому, возможно при наложении более сильных магнитных полей, чем использованные в эксперименте.