Дальше (3-4 нс) число электронов растет экспоненциально с неизменной постоянной времени – это следствие того, что рост происходит за счет одной и той же области с неизменным значением напряженности – у поверхности электрода.
Опережающие электроны ионизуют газ у поверхности электрода. Относительно быстрые электроны уходят на электрод, а медленные ионы остаются в области, примыкающей к электроду. В результате там образуется возрастающий положительный объемный заряд (рисунок 30). В какой-то момент он неизбежно начнет искажать электрическое поле, причем поскольку полярность заряда та же, что у электрода, поле будет повышено у границы заряженной области и снижено внутри. Таким образом, поле будет выталкиваться из заряженной области.
Рисунок 30. Плотность электрического заряда непосредственно перед образованием плазменной области.
На рисунке 31 представлены концентрации ионов и электронов в разные моменты времени. Видно, что от 3 до 4,5 нс у электрода преобладают ионы, а между 4,5 нс и 4,9 нс устанавливается нейтральность области. График на рисунке 32 показывает, что уже в момент времени 4,2 нс поле искажено – ослаблено у электрода. Затем оно падает еще сильнее, и образуется область значительно усиленного поля перед плазменной областью.
Механизм образования плазменной области следующий. Изначально есть положительно заряженная область, величина заряда растет. Когда заряд искажает поле, электроны ускоренно притягиваются в область и, попав в область, насыщенную ионами, оказываются в области слабого поля и тормозятся. Таким образом, электроны попадают в ловушку в области, насыщенной ионами, накапливаются там и компенсируют положительный заряд.
Рисунок 31. Концентрация электронов и ионов при образовании плазменной области.
Рисунок 32. Напряженность электрического поля при образовании плазменной области.
Плазма выталкивает электрическое поле, на границе образуется слой с повышенной напряженностью, который притягивает электроны. Здесь коэффициент ионизации велик.
Рисунок 33. Напряженность поля в момент образования плазменной области.
Далее образуется объект, который можно назвать стримером. Это плазменный канал. На рисунке 34 показано распределение напряженности поля на оси модели в разные моменты времени. Как видно, поле выталкивается из области канала (которая начинается от левого края графика), на переднем крае возникает скачок поля с напряженностью до 500 кВ/см. Отмечу, что напряженность невозмущенного поля не превышала 90 кВ/см.
Рисунок 34. Напряженность электрического поля.
Рассмотрим систему в момент времени, когда передний фронт стримера находится примерно на середине модели.
Концентрации ионов и электронов практически совпадают, поскольку вся область канала – плазменная, возникший объемный заряд быстро компенсируется перераспределением электронов.
Рисунок 35. Концентрации ионов (внизу) и электронов (вверху) в стримере.
Степень нейтральности высока. Определим коэффициент нейтральности α:
На рисунке 36 представлен логарифмический график коэффициента нейтральности (выведен десятичный логарифм). Как видно, в головке стримера степень нейтральности – 10-5 и менее, в «старой» половине стримера, примыкающей к электроду, нейтральность нарушается сильнее, здесь характерные значения – 10-5-10-2.
Рисунок 36. Десятичный логарифм коэффициента нейтральности α.
Небольшое смещение ионов относительно электронов на краях стримера обеспечивает объемный заряд (рисунок 37), который необходим, чтобы экранировать электрическое поле.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.