Основные виды газовых разрядов применяемых в источниках и генераторах плазмы, их особенности, страница 6

                                             (2.6-7.4.)

где γ_р – характеризует эмиссию электронов с катода под действием ионной бомбардировки; γ_g – то же для быстрых нейтральных частиц; γ_v – для фотоэмиссии электронов под действием квантов излучения рождающихся в разряде.

Это условие удовлетворительно описывает баланс электронов при нормальном и слабоаномальном тлеющем разряде.

Для сильно аномального разряда необходимо учитывать ионизацию газа ионами и быстрыми нейтральными частицами β (второй коэффициент Таунсенда) являющийся, как и коэффициент α функцией нескольких переменных:

,                                     (2.6-7.5.)

ионизация газа потоками ионов из отрицательного свечения учитывается коэффициентом δ. Это выражение имеет вид:

.        (2.6-7.6.)

Нужно указать, что оба выше приведенные уравнения являются уравнениями баланса, возникающих в разряде и на катоде электронов и электронов уходящих на стенки и в положительный столб. Коэффициенты α и β являются функциями потенциала в рассматриваемой точке, что равнозначно скорости частицы в этой точке. Зависимость этих коэффициентов от Е(х) равнозначна зависимости от ускорения частиц в данной области. Обратная пропорциональность в зависимости α и β от р (или от n т.е. от концентрации частиц) указывает на снижение вероятности ионизации с ростом давления и концентрации т.к. при этом возрастает частота соударений и длина свободного пробега может стать меньше чем длина необходима для набора частицей энергии необходимой на ионизацию газа.

2.6-7.2.2. Вольтамперная характеристика дугового разряда, ее общие особенности.

Другой вид или форма разряда, широко используемая в различных газоразрядных устройствах - это дуговой разряд.

У В.Л. Грановского дается следующее определение дугового разряда: «электрической дугой называют установившуюся или почти установившуюся форму прохождения электрического тока через газ и граничащие с ним электроды, характеризующуюся низким катодным падением потенциала (порядка первых потенциалов возбуждения и ионизации газа)». Низкое катодное падение потенциала – одно из наиболее существенных и очевидных отличий дуги от тлеющего разряда; катодное падение в дуге примерно на порядок ниже, чем в тлеющем разряде. Другой особенностью дуги является высокая плотность тока на катоде ~10....10² А/см² перекрывается с верхней границей плотностей тока на катоде тлеющего разряда. Наибольшие значения плотностей тока на катоде составляют порядка 10⁶...10⁷ А/см². Вполне возможно, что могут быть получены и более высокие значения плотности тока.

Дуга может существовать лишь при сравнительно больших токах, превышающих некоторую пороговую величину. Пороговые токи в зависимости от различных условий (материал электродов, давление газа и др.) могут принимать весьма разнообразные значения: от сотых долей ампера до нескольких ампер.

В дуге, как и в тлеющем разряде, различают катодную и анодную области, и расположенные между ними положительный столб.

Дуги подразделяют на дуги низкого и высокого давления. Область давления, при которых происходит видоизменение дуги, зависит от рода газа и силы тока. Переход от одного вида дуги к другому находится примерно в диапазоне давлений 1...10 Торр.

От тлеющего разряда дуга низкого давления отличается явлениями в катодной области и на самом катоде.

Весьма интересна, также, так называемая дуга низкого давления, поддерживаемая накаленным катодом. Одно из устройств, где используется дуга такого типа это ПИД. Правда дугу там поддерживает не обязательно накаленный катод. В последнее время предпочтение отдается полому катоду, как более эффективному.

Характерно, что дуга, поддерживаемая накаленным катодом, может реализовываться в нескольких режимах, таких как, так называемый свободный и несвободный режим катода. В свободном режиме не все носители заряда участвуют в разряде, т.е. разрядный ток i i_еm (ток эмиссии катода). В противном случае i> i_еm (несвободный разряд), имеет место так называемое газовое усиление т.е. дополнительная ионизация газа.