Высокочастотный разряд. Раcчет ВАХ межэлектродного промежутка с однородной плазмой, страница 3

Результаты экспериментов в некотором диапазоне параметров неплохо согласуются с экспериментом, однако при увеличении тока разряд переходит в другую форму, внешне отличающуюся характером свечения в электродном промежутке. Если в слаботочном режиме получившем название a - разряда свечение более менее равномерно охватывает весь промежуток за исключением непосредственно прилегающих к электродам темных областей, то в сильноточной форме получившей название g - разряда сильное свечение локализовано вблизи электродов. При низких давлениях a - разряд вообще не реализуется, а сразу после зажигания возникает сильноточный g - разряд. При низких давлениях становится заметной слоистая структура разряда, состоящая из чередующихся темных и светящихся полос, похожих на наблюдаемые в катодной области тлеющего разряда. Как показывают результаты исследований, в g - разряде действительно существенную роль начинают играть процессы характерные для тлеющего разряда. На отрицательный в данный момент времени электрод поступают ионы вызывающие g -эмиссию электронов (отсюда и название этой формы разряда) и образованные электроны производят ионизацию. На какое то время вблизи электрода возникает структура аналогичная катодному слою тлеющего разряда. Таким образом чтобы разобраться в ситуации нам все же недостаточно будет ограничиться анализом процессов в плазме, а придется заняться и приэлектродными слоями. Будем считать что концентрация ионов в слое равна концентрации плазмы и поле на границе плазма-слой равно полю в плазме. Вспоминая уравнение Пуассона      ¶Е/¶х = 4pеn

запишем следующее выражение для напряженности поля в некоторой точке х в момент времени  t

Е(х,t) = Е(t) + еndx = E(t) + 4pen(x-x₀(t))

У поверхности правого электрода х = d поле равно

Е(х,t) = E(t) + 4penl(t)

где

l(t) = d - x₀(t)

это протяженность приэлектродного слоя. l меняется в пределах от 0 до 2А. Она колеблется

l = А(1 - coswt) но отрицательной не бывает. Это значит что напряженность электрического поля имеет постоянную составляющую, направленную из плазмы к электроду. Аналогичное рассмотрение ситуации вблизи левого электрода приводит к тому же результату :  имеется постоянная составляющая направленная из плазмы к электроду, следовательно мы приходим к интересному выводу плазма в целом имеет в среднем положительный потенциал относительно электродов

Интегрируя найденную напряженность поля в слое по всему слою и усредняя по времени полученную разность потенциалов можно найти величину постоянного потенциала

U(t) = òЕ(х,t)dx = Е(t)l(t)+en(x-x₀(t))dx=Е(t)l(t)+enydy

Uo = <U(t)> = 2pen<l²> = 2penA²(1-2<coswt>+<cos²wt>) = 3penA²

Оценки по полученному выражению согласуются с результатами экспериментов по порядку величины. Таким образом большую часть времени а не половину периода электроды играют роль катода.

Переход из слаботочного режима в сильноточный происходит примерно когда величина Uo достигет значения порядка Пашеновского напряжения пробоя

Uo ~ U_br(pA).

Вместо межэлектродного расстояния d стоит характерная для приэлектродного слоя протяженность А.

Разумеется делать утверждение о том, что после пробоя слоя возникает ситуация в точности соответствующая тлеющему разряду было бы неправильно, но ситуация действительно очень похожая. Как уже говорилось выше наблюдается характерное для ТР чередование темных и светящихся полос в приэлектродных областях. Другой интересный факт заключается в том, что наблюдается возникновение режима аналогичного нормальному тлеющему разряду. При изменении разрядного тока (тока во внешней цепи) меняется площадь электрода, участвующая в разряде, причем плотность тока проводимости в плазме близка к нормальной плотности тока j_н. Правда ток регистрируемый во внешней цепи существенно превышает величину j_нS, так как здесь протекает и ток зарядки - разрядки электродов, превращающийся в плазме в так называемый ток смещения. При увеличении тока наблюдается контракция разряда, более легко происходящая при повышенных давлениях. Механизм контракции по - видимому развитие ионизационно - перегревной неустойчивости.

Как и классический тлеющий разряд ВЧ-разряд в последние годы весьма интенсивно исследуется, в том числе и с помощью компьютерного моделирования. Прикладные цели этих исследований по видимому те же самые: ВЧ-разряд высокого давления используется в лазерной технике, а ВЧ - разряд низкого давления применяется как генератор плазмы в источниках заряженных частиц, применяемых для травления поверхностей и внедрения ионов при производстве материалов для микроэлектроники и для других целей.