3. N2 + e -> 2N + e. Диссоциация электронным ударом. Задано сечение реакции (рисунок 14), порог – 9,5 эВ. Источник данных – [1].
Рисунок 14. Сечения реакций столкновения электрона с нейтральной молекулой азота в зависимости от энергии электрона. Слева – ионизация и диссоциация. Справа - упругое столкновение.
4. e + N2 -> e + N2 + hν (17 реакций). Возбуждение. Учитываются различные электронно-колебательные переходы из основного состояния (рисунок 15). Заданы зависимости сечения реакций от энергии столкновения. Источник данных – база данных CFD-ACE и [3].
5. e + N2+ -> 2N + hν(15,6 эВ). Электрон-ионная диссоциативная рекомбинация. Считается, что появившийся в результате столкновения возбужденный атом N* быстро переходит в основное состояние, излучив квант света. Скорость реакции описывается эмпирической формулой:
Здесь β=1.03∙10-12, степень α=-3,8 Te – средняя кинетическая энергия электронов в электронвольтах. Источник данных – [1].
Рисунок 15. Уровни возбуждения молекулы N2 электронным ударом. По оси абсцисс отложена энергия перехода, по оси ординат – сечение реакции, усредненное по распределению Больцмана с разной температурой электронов (1 эВ, 3 эВ, 6 эВ).
На рисунке 16 представлен график зависимости концентрации электронов от времени на расстоянии 25 мкм от катода для разных напряжений.
На начальном этапе (до 10 нс) кривые ведут себя одинаково – происходит снос начальной однородной концентрации электрическим полем, затем после 1 нс становится заметен поток электронов, вызванных вторичной эмиссией. Далее поведение кривых различно. При напряжении 4,0 кВ электронов, вызванных вторичной эмиссией, слишком мало – концентрация экспоненциально спадает, не достигая даже начального уровня.
При напряжении 4,2 кВ концентрация электронов растет достаточно долго, превышая начальный уровень, но примерно после 2,5 мкс начинается спадание концентрации и процесс затухает. Это импульсная фаза разряда – образуются так называемые импульсы Тритчеля. Аналогично система ведет себя вплоть до напряжения 4,5 кВ – однако с ростом напряжения достигаются все более высокие концентрации, и происходит это все раньше, иными словами зависимости Ne=Ne(t) становятся круче.
Наконец, при напряжениях 4,9 кВ и выше становится возможным выход в стационар.
Рисунок 16. Зависимость концентрации электронов от времени на расстоянии 25 мкм от катода. Различные напряжения.
Импульсный режим плавно переходит в стационарный режим (рисунок 17). Из-за значительной диффузии электронов, импульсы становятся все более размытыми, перекрываются, и примерно за 14 мкс значение тока устанавливается.
Рисунок 17. Импульсы тока в цепи постепенно расширяются и перекрываются. Ток выходит на стационарное значение. Напряжение 5,5 кВ.
Рассмотрим основные черты стационарного распределения для напряжения 5,5 кВ.
Максимум концентрации электронов приходится на расстояние около 100 мкм от катода (рисунок 18).
Рисунок 18. Концентрация электронов. Напряжение 5,5 кВ.
Концентрация ионов на два порядка выше концентрации электронов и сосредоточена в области до 200 мкм от катода (рисунок 19). По рисункам 18 и 19 видно, что плазмы ни в чехле разряда, ни во внешней зоне нет.
Рисунок 19. Концентрация ионов. Напряжение 5,5 кВ.
Температура электронов максимальна непосредственно у катода (7,0 эВ) и падает при удалении от него (рисунок 25). Впрочем, во внешней области она не падает ниже 0,5 эВ из-за того, что реакция возбуждения с минимальной затратой энергии имеет существенный энергетический порог - 0,3 эВ.
Рисунок 25. Зависимость температуры электронов от радиальной координаты. Напряжение 5,5 кВ.
Рассмотрим реакции, которые идут в системе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.