Рисунок 37. Интенсивности реакций ионизации, рекомбинации и прилипания.
Как видно, гибель электронов в основном обеспечивается прилипанием, причем главную роль играет диссоциативное прилипание с образованием ионов O- (по сравнению с тройными столкновениями), как и отмечено в книге Райзера.
Рисунок 38. Распределение объемного заряда.
Отрицательные ионы обеспечивают значительный отрицательный заряд на расстоянии более 200 мкм от катода.
Рисунок 39. Рождение и гибель электронов в разных газах.
В аргоне во внешней зоне рекомбинация полностью компенсирует ионизацию. В азоте рекомбинация ничтожно редка, а других каналов гибели электронов нет – в результате электрон пересекает весь межэлектродный промежуток. В кислороде электроны гибнут из-за прилипания.
Рисунок 40. Объемный заряд.
В кислороде, благодаря отрицательным ионам, величина отрицательного заряда сравнима с величиной положительного заряда у катода. У азота отрицательный заряд, который формируется электронами, много меньше положительного. Тем не менее, у азота заряд сильно меняет электрическое поле.
Рисунок 41. Напряженность электрического поля.
В области неоднородного поля происходит ионизационный процесс. Вспомним условие возникновения самостоятельного разряда: обратный коэффициент вторичной эмиссии 1/γ равен числу электронов, производимых в результате ионизации одним электроном, вылетевшим с катода:
(11)
Это условие обеспечивает воспроизводство электронов через вторичную эмиссию. Равенство (11) определяет порог зажигания самостоятельного разряда. Но как только система переходит через порог, равенство превращается в неравенство:
Неравенство означает, что поток электронов с катода постоянно возрастает. И механизм остановки роста может быть разным.
Во-первых, важнейшим механизмом может оказаться рекомбинация. С ростом концентрации электронов вероятность рекомбинации растет (в отличие от вероятности ионизации, которая не зависит от концентрации электронов). Это приводит к появлению дополнительного канала гибели электронов.
Во-вторых, объемный заряд, растущий с ростом концентрации электронов, может исказить электрическое поле, это приведет к уменьшению коэффициента ионизации α в чехле короны.
Конечно, эти механизмы могут сочетаться. Прилипание также усложняет ситуацию. Само по себе прилипание не может остановить рост потока электронов, поскольку вероятность прилипания не зависит от концентрации электронов (ведь сталкиваются электрон и нейтральная молекула). Однако электроны превращаются в отрицательные ионы. Ионы более медленные и создают более значительный объемный заряд, а ион-ионная рекомбинация как правило идет активнее чем электрон-ионная.
В аргоне в основном работает рекомбинационный механизм остановки роста концентрации электронов, но, как было видно выше, искажение поля также присутствует.
В азоте в чистом виде реализуется механизм искажения поля, рекомбинация там ничтожно редка.
В кислороде также работает механизм искажения поля, но рекомбинация заметна, и также работает ион-ионная рекомбинация.
1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда.- М.: Наука. 1992.
2. Jones D.B., Campbell L., Bottema M.J., Teubner P.J.O., Cartwright D.C., Newell W.R. and Brunger M.J. Electron-driven excitation of O2 under night-time auroral conditions: excited state densities and band emissions // Planetary and Space Science, Vol. 54, issue 1 (2006), pp. 45-59
3. Michael J. Brunger, Stephen J. Buckman Electron–molecule scattering cross-sections. I. Experimental techniques and data for diatomic molecules // Physics Reports, Vol. 357 (2002), pp. 215-458
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.