Плазма и ее свойства. Механизм ионизации газа. Рекомбинации при тройных столкновениях

Страницы работы

Фрагмент текста работы

ПЛАЗМАИЕЕСВОЙСТВА

Плазма - это частично или полностью ионизированный газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц, общий заряд в которых равен нулю. Плазма подчиняется газовым законам, но проводит электрический ток, управляется магнитным полем.

Для того чтобы перевести газ в состояние плазмы, необходимо хотя бы часть электронов оторвать от атомов, превратив их в ионы. Этот процесс, называемый ионизацией, происходит под воздействием теплоты, излучения, электрического разряда. В технике для получения плазмы наиболее широко используют электрический разряд.

Механизм ионизации газа в разряде состоит в образовании лавины электронов. Этот процесс аналогичен процессу цепной реакции. Для развития лавины необходимо, чтобы воздействующее на газ электрическое поле сообщало электронам на пути их свободного пробега больше энергии, чем нужно для выбивания из атомов хотя бы еще по одному электрону. При этом достаточно образоваться в газе небольшому количеству свободных электронов, чтобы после разгона полем они начали выбивать новые электроны, количество которых будет увеличиваться в геометрической прогрессии.

Плазму подразделяют на низкотемпературную, или холодную, и высокотемпературную, или горячую. За единицу температуры принимают электронвольт (эВ), равный 11 600 °С. Температура горячей плазмы составляет сотни электронвольт, а холодной - несколько электронвольт. В производстве изделий микроэлектроники используют только низкотемпературную плазму.

Человек постоянно встречается с плазмой. Так, обычное пламя обладает некоторой электрической проводимостью, а следовательно, хотя и в малой степени но ионизировано, т.е. является плазмой. Северное сияние, светящийся неон или аргон в лампах рекламы - это плазма; короткое электрическое замыкание и молнии ионизируют газ, образуя плазму. Кроме видимых световых лучей холодная плазма испускает и невидимые, ультрафиолетовые (УФ), а горячая плазма — также рентгеновские и инфракрасные (ИК). Эти излучения имеют одинаковую природу и отличаются лишь длиной волны (частотой). Так, ультрафиолетовые лучи имеют длину волны от 400 до 10 нм, рентгеновские от 10-5 до 103 нм, а инфракрасные – от 7,4*102 до 2 *106 нм.

Приложенное извне электрическое поле не только ионизирует газ, но и возбуждает в образовавшейся плазме электрический ток. Этот процесс называют газовым разрядом. Высокочастотный газовый разряд может быть безэлектродным, так как индукционные токи, возбуждаемые переменными магнитными полями, ускоряют свободные электроны, которые ионизируют газ.

При низкочастотном газовом разряде ток проходит между проводящими металлическими электродами и создает электрическое поле, которое, разделяя заряды, поляризует плазму. Для прохождения через плазму неизменяющегося тока необходимо, чтобы возникающий в ней объемный заряд компенсировался приходящими извне электронами.

Так как отрицательно заряженные электроны подвижнее положительно заряженных ионов, при приложении поля они собираются положительным электродом (анодом) и образующийся между электродами столб плазмы заряжается положительно. Для прохождения тока необходимо, чтобы отрицательный электрод (катод) испускал в плазму электроны.

При низком напряжения между электродами для возбуждения эмиссии электронов на катод воздействуют коротковолновым излучением или нагревают его до высокой температуры, что соответственно обусловливает возникновение фотоэффекта или термоэлектронной эмиссии. Образующийся в этом случае разряд называют несамостоятельным. При высоком напряжении между электродами вследствие эмиссии электронов катода образуется разряд, называемый самостоятельным. При самостоятельном разряде интенсивность эмиссии электронов ограничена, поэтому вдали от катода столб плазмы сохраняет положительный заряд и называется положительным столбом.

В плотном газе при очень высоких напряжениях катод разогревается ударяющимися об него ионами газа, в результате чего образуется разряд, называемый горячим, или дуговым, а в разреженном образуется разряд, называемый холодным, или тлеющим. Катод при тлеющем разряде испускает электроны вследствие авто

Похожие материалы

Информация о работе