Рисунок 37. Плотность электрического заряда.
Напряженность поля концентрируется на переднем фронте стримера (рисунок 38).
Рисунок 38. Напряженность поля (в
кВ/см).
Чтобы получить представление о величинах напряженности в канале, выведем десятичный логарифм напряженности (в кВ/см) (рисунок 39). Как видно, в передней части канала напряженность ниже 1 кВ/см. В хвостовой части она выше и превышает 10 кВ/см.
Рисунок 39. Десятичный логарифм напряженности поля, выраженной в кВ/см.
Поскольку напряженность поля в канале низка, падение потенциала на нем мало (рисунок 40). Тем не менее разность потенциалов между головкой и электродом составляет 500 В – сказывается рост напряженности в хвостовой части.
Рисунок 40. Распределение потенциала.
Температура электронов распределена аналогично напряженности поля (рисунок 41). Максимум находится на переднем фронте и составляет 8,8 эВ. В канале температура электронов составляет не более 2 эВ.
Рисунок 41. Распределение температуры
электронов.
Высокая температура головки стримера, а также пик концентрации электронов здесь приводит к тому, что на малую область на переднем края стримера приходится почти вся ионизация
Рисунок 42. Интенсивность ионизации.
При столь больших концентрациях электронов становится заметной рекомбинация, которой можно было пренебречь в лавине.
Рисунок 43. Интенсивность рекомбинации.
В стримерном канале рекомбинация идет быстрее ионизации:
Рисунок 44. Разность ионизации и рекомбинации.
Рассмотрим некоторые аспекты образования плазменного канала. В предыдущем пункте мы рассмотрели механизм образования плазмы как нейтрального ионизованного газа. Возникает вопрос – почему образуется канал? Почему не происходит поперченного расширения ионизованной области, как в случае с лавиной? Ответ дает рисунок 45. Здесь показан момент зарождения стримера. Распределение объемного заряда еще совсем не вытянутое, обратим внимание на распределение напряженности поля – она повышена на краю в продольном направлении, здесь она достигает 95 кВ/см. В поперечном направлении она составляет около 80 кВ/см.
Рисунок 45. Распределение объемного заряда (в Кл/м3) (слева) и напряженности электрического поля (в кВ/см) (справа) в момент зарождения стримера.
Таким образом, поле повышается больше всего на том участке края плазменной области, который смотрит на противоэлектрод. На боковых участках повышения поля почти нет. Это значит, что именно передний участок будет актвно притягивать электроны, и частота ионизации будет там выше всего.
Эффект усугубляется резкой зависимостью частоты ионизации от температуры электронов, а значит, и от напряженности поля. На рисунке 46 показаны распределения напряженности поля и частоты ионизации. Видно, что относительное изменение последней более значительно – там, где напряженность меняется на 10%, частота ионизации меняется более чем на 30%.
Рисунок 46. Распределение напряженности электрического поля (в кВ/см) (слева) и частоты ионизации (в расчете на один электрон, в 1/с) (справа) в момент зарождения стримера.
Рассмотрим излучение – кванты света излучаются в реакциях снятия возбуждения. В модели есть переходы в трех областях спектра – инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой. По файлу результатов можно подсчитать интенсивность излучения (рисунок 47). Как и следовало ожидать, инфракрасное излучение распределено шире всего – заметно излучение из канала стримера, а ультрафиолетовое – напротив, сосредоточено в головке. Плотность выделения инфракрасного и видимого излучений достигает 250 кВт/мм3, а ультрафиолетового – 13 МВт/мм3!
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.