Качественная картина расположения пространственных зарядов и хода линий напряженности поля изображена на рис. 14.3. Перед головкой и за областью сосредоточения основной массы ионов поля Е' и Ео складываются и результирующее поле сильнее внешнего. В зоне между центрами пространственных зарядов того и другого знака Е' и Ео направлены в разные стороны и результирующее поле слабее внешнего. У поля появляется радиальная составляющая. Положим, что заряды каждого знака помещаются в сфере радиуса R. Поле на ее поверхности равно Е' = eNe/R2.
|
|
Пока усиление и число электронов в лавине Ne= eaxне очень велики, за Rможно принять диффузионный радиус (14.4). Предварительное представление о масштабах величин можно получить, если таким путем оценить рост поля Е' до значения внешнего поля E0 . Например, при поле E0 = 31,4 кВ/см, пробивающем воздушный промежуток, l = 1 см, при р = 1 атм и Еи = 3,6 эВ по формуле (14.4) rд= 1,8 ■ 10-2 см. Равенство Е' = E0выполняется при Ne = еах = 0,8 · 108, ах « 18. На самом деле при столь большом числе Neрадиус Rв несколько раз больше диффузионного, так что Е' <Е0 (п. 2.6).
Рис. 14.4. Схема электрического поля в промежутке после того, как лавина достигла анода и все электроны ушли в металл: а — линии напряженности поля пространственного заряда следа лавины Е' и его электрического изображения в аноде; б — линии напряженности результирующего поля
Е = Ео + Е'
Когда лавина достигает анода, электроны уходят в металл и в промежутке остается чисто положительный пространственный заряд ионного следа. Его поле показано на рис. 14.4. Оно образуется самим ионным зарядом и его «изображением» в аноде. Изображение в относительно удаленном от основной массы ионов катоде играет значительно меньшую роль. У самого анода поле меньше внешнего, поодаль — больше. Поле максимально на осевом расстоянии от анода порядка длины ионизации а-1.
Моделирование электронной лавины.
Рассматривается следующая геометрия:
Расстояние между пластинами 2см. Что соответствует напряженности поля 100В/см.
Электроны под действием поля ускоряются в сторону катода. Одновременно за счет диффузии электроны распространяются в бок и даже против поля (так как дрейфовые скорости меньше тепловых скоростей).
Концентрация электронов через 60нс.
Под действием поля электроны набирают энергию. На расстоянии от анода, где потенциал составляет 24.5В относительно анода, часть электронов имеет энергию достаточную для ионизации атомов He. Начиная с этого расстояния, начинают появляться ионы He+.
Одновременно с ионами появляются и вторичные электроны.
Для их учета в CFD-ACE, необходимо в Volume Conditions (VC), выбрать закладку Kinetic и в появившейся области поставить галочку Kinetic Source и далее Secondary electrons.
Процесс увеличения количества электронов со временем показан на следующих рисунках (об увеличении количества можно судить по увеличению области):
При прохождении электронной лавины, вследствие большей подвижности электронов, они уходят на катод, в то время как ионы, обладающие меньшей подвижностью, остаются в объеме.
Концентрация ионов через 400нс.
Образуется объемный заряд.
Однако его величина недостаточна для влияния на распределение потенциала.
Ионы под действием поля дрейфуют в сторону анода.
Концентрация ионов через 1635нс.
На аноде происходит поверхностная реакция, описанная выше, в результате которой образуется вторичные электроны, распределение которых показано на следующей картинке.
В результате неодновременного прихода ионов на анод процесс растягивается во времени, так что отдельную лавину больше не увидеть.
Со временем образуется плазменный канал от анода к катоду. Концентрация электронов нарастает от анода к катоду в результате ионизаций атомов He.
Линейный график вдоль плазменного канала от анода к катоду:
В области вблизи анода наблюдается минимум вследствие того, что в данной области до минимума, не идут процессы ионизации, а уменьшение происходит за счет диффузии электронов в стороны.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
