В СПД объёмные процессы являются определяющими с точки зрения формирования ФРЭ только в зоне ионизации и вблизи среза канала. При этом и там, и там большая роль принадлежит коллективным СВЧ-колебаниям, которым специально посвящен п. 7.5.4. В то же время в зоне ускорения и в прианодной зоне роль колебаний от- носительно невелика, и здесь основным фактором, влияющим на ФРЭ, оказываются классические, по сути, столкновения со стенками. Это позволяет построить для этих зон простые аналитические модели ФРЭ. Качественная характеристика ФРЭ. Из самых общих соображений видно, что в тех частях канала СПД, где большую роль играют столкновения со стенками, должны возникать три группы электронов, которые мы будем называть "запертыми", "убегающими" и "промежуточными" (рис. 7.5.1). Появление 3-х групп объясняется тем, что центральная часть ("ядро") потока имеет более высокий потенциал чем поверхности стенок. Этому же способствуют и дебаевские слои около стенок. Группу "запертых" образуют электроны, удерживаемые от выхода на стенку ради- альным электрическим полем. Разумеется, это удержание не является абсолютным. Столкновения электронов друг с другом, с тяжелыми частицами, а также колебания разных частот обеспечивают постоянное обновление этой группы электронов. В груп- пу "убегающих" электронов входят те частицы, которые систематически испытывают упругие столкновения со стенкой. Очевидно, энергия этих частиц должна нарастать по мере приближения к аноду по закону ?р « (Ф — Ф*), где Ф* — потенциал, при котором происходит "рождение". Но по мере приближения к аноду амплитуда функции распределения этих частиц, естественно, падает, благодаря потерям на стенках за счет "примеси" неупругих столкновений. Наконец, промежуточную группу образуют электроны, энергия которых доста- точно велика, чтобы достигнуть стенок, но столкновения с ними носят неупругий характер. Соответственно энергия промежуточных частиц лежит между максималь- 7.5. Поверхностно-детерминированные разряды (на примере СПД) 393 ХХХХУХХХХХХХХУХХХХХХХХХХХХХ Maxwell а хххххххх; хххххххх: б ххххххххххххххххххххххххххх ххххххххххххххххххххххххххх ххххххххххххххххххххххххххх Рис. 7.5.1. Траектории и функции распределения трех групп электронов, формируемых столк- новениями со стенкой: а — траектории запертых электронов и их функция распределения (справа); б — то же для убегающих электронов; в — то же для электронов промежуточной группы ной энергией запертых частиц Esc °mm и минимальной энергией убегающих электронов Loc Int „Esc G.5.1) Максимум функции распределения промежуточных электронов расположен недалеко ОТ ^тах- Экспериментальные данные о ФРЭ в канале СПД. А. И. Бугровой с сотруд- никами были проведены детальные исследования ФРЭ в ряде моделей СПД [181]. Для этой цели были использованы направленные ленгмюровские зонды с приемными поверхностями ~ 0, 2 х 0,2 мм2, укрепленными на алундовых трубочках с диаметром ~ 1 мм. Измерение проводились в разных точках канала (общее число точек было равно 20) при разных режимах и при шести ориентациях приемных поверхностей. Сигналы фиксировались статическими приборами и поэтому усреднялись по времени. Используя зондовые характеристики (Р — точка, где проводилось измерение) JX,V,Z(P, Ф) = J Vx,y,zfe(P, V, <5>)dVSPR, G.5.2) можно было методом Друвестейна восстановить вид функции распределения элек- тронов /е = /e(v, P). В результате установлены следующие основные факты: 394 Гл. 7. Взаимодействие плазмы с поверхностями твёрдых тел 1. В зонах генерации "каналовых" электронов (зона ионизации и зона входа электронов из катода-компенсатора в канал) существует единая "одногорбая" ФРЭ. Этот факт коррелирует с высоким уровнем СВЧ-шумов в этих зонах. 2. По мере ухода электронов по направлению к аноду от зон генерации единая ФРЭ начинает расщепляться на три компоненты, соответствующие запертым, убега- ющим и промежуточным частицам (рис. 7.5.2). fe fe fe fe fe „fe II I Рис. 7.5.2. Схема эволюции функции распределения элеткронов в канале СПД: I — область входа электронов, эмиттируемых катодом, в магнитное поле канала; II — область основной ионизации рабочего вещества. Между I и II, а также II и анодом функция распределения из одногорбой постепенно превращается в двугорбую и трехгорбую 3. Функция распределения запертых частиц хорошо аппроксимируется линейным сплайном 0. /e°C(v) = i-T N 1 О , ?* > 0 . Здесь — u) u — G.5.3) G.5.4) Отсюда видно, что запертые электроны вращаются как твёрдое тело ("изодрейфо- вость электронной компоненты"). 4. Функция распределения убегающих частиц характеризуется следующими осо- бенностями: а) с точностью эксперимента ffsc зависит только от полной энергии /fc(v,r)=F(e); б) максимум этой функции приходится на G.5.5а) G.5.56) где Ф* — некий средний потенциал, соответствующий зоне рождения электро- нов; в) амплитуда f^sc практически экспоненциально убывает по мере приближения к аноду; г) энергетическая ширина функции распределения А практически не зависит от г. 1) Подобная ФРЭ образуется, в частности, в индукционных плазмотронах без магнитного поля. 7.5. Поверхностно-детерминированные разряды (на примере СПД) 395 Итак, на основании приведенных экспериментальных фактов, имеем ехр (v,r) = е-е(Ф-Ф*) 1 О, А < \е-е(Ф-Ф*) Здесь Л и А — постоянные. Аппроксимация G.5.6) находится в полном соответствии с той качественной характеристикой, которая была дана выше (рис. 7.5.2). 5. Промежуточные электроны, которые в основном обеспечивают пристеноч- ную проводимость, труднее всего прорисовываются при зондовой диагностике. Это объясняется как их относительной немногочисленностью, так и тем, что их зона локализации тесно прижата к наружному изолятору, а функция распределения по энергии прижата к высокоэнергетичной части запертых частиц.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Функция распределения электронов в канале СПД» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
