Плазма лекция 2
 Скачать 0.9 Mb.
|
|
Плазма лекция 2 Низкотемпературная плазма (газоразрядная) – характеризуется энергией достаточной для протекания процессов во внешних электронных оболочках: ионизация, возбуждение, рекомбинация. В этом случае электронная температура составляет 10^4 К, а концентрация заряженных частиц достигает 10^18 шт/м^3. Высокотемпературная плазма – энергия достаточная для протекания процессов в ядре. Температура 10^8-10^9 К. В этом случае плазма эзотермична. Te=Ti. Вакуум. Для обеспечения условий возникновения газового заряда необходимо специальное оборудование: утр-во для получения вакуума. Вакуум – давление нижу атмосферного, в некотором замкнутом объёме. Степень разряжения определяется длиной свободного пробега частицы ʎ (лямбда), длина свободного пробега (лямбда) является расстоянием между любыми столкновениями, согласно кинетической теории, средний свободный пробег частицы d1 и r1 и средней энергией W1=m1*v1/2, которая находится в среде другого газа концентрации “n”, d2, r2 и W2.  Т.к. в нашем случае r1=r2, а v1=v2, то можно записать.  Степень разряжения вакуума определяется Kn= ʎ/L, L – характерный размер системы. Если ʎ меньше L, то у нас низкий вакуум, (преобладает столкновения между частицами), если ʎ эквивалентно L, то у нас средний вакуум, при этом частоты соударения между частицами и стенками вакуумной камеры у нас одинаковые. ʎ>L – высокий вакуум и ʎ>>L- сверхвысокий вакуум. Для создания и поддержания разряжения в рабочем объёме используется вакуумная система откачки. Высокий вакуум и при высокой температуре частицы так удалены друг от друга, что энергией их взаимодействия можно пренебречь. В этом случае газ подчиняется закономерностям свойственным идеальному газу. Для получения разрядной среды в разрядном промежутке создается давление 5*10^-5 мм рт. Столба. После чего в объём в зависимости от условий запускается рабочий газ и при условии подачи напряжений происходит зажигание газового разряда. В разрядной системе работают все газовые законы. Процессы в разрядном промежутке. При движении электронов и при достижении ими энергии ионизации, возможность столкновения электронов внутри атома… Типы ударов различаются на упругий и неупругий. При упругих соударениях происходит обмен энергией между частицами, но их внутренняя энергия остаётся неизменной. Неупругие соударения – это тип соударений, которые приводят к изменению внутреннего состояния: ионизация, возбуждение. Первый постулат Бора и постулат стационарных состояний. Электроны движется по стационарным орбитам и при этом не излучают энергию. Второй постулат Бора Атом начинает излучать тогда, когда электрон переходит с одного энергетического ровня на другой. W2-W1=h ʎ, где W2 - энергия верхнего уровня, а W1 – энергия нижнего.  Электрон вращающийся по круговой орбите радиуса rn, где n=1,2,3… - это квантовый числа, указывающие на степень удалённости электронной орбиты от ядра действует центростремительное ускорение, создаваемое в соответствии с законом Кулона между электроном и ядром. По второму закону Ньютона F=m*a, электрон движется по тем орбитам, по которым укладывается целое число длин волн. Исходя из этих соотношений определена величина радиуса нахождения электрона в водороде r1=0,529*10^(-10) м. r1- первый боровский радиус (основное состояние, все остальные уровни возбуждённые). Определение энергии квантованных состояние происходит с учётом кинетической и потенциальной энергий Wn .  Для водорода переходы с верхних энергетических уровней на нижние все поделены: переход на первый уровень n=1 это серия это серия линий Лармена; переход на n=2 – серия линий Бальмера; первый 4 линии находятся в видимом диапазоне. Ионизация Процесс ионизации начинается только с величины потенциала ионизации, каждый элемент в зависимости от нахождения в таблице Менделеева имеет свой потенциал ионизации у H=13,6 - He=24,07; Li=5,39 - Ne=27,56; Ar=15,75; Криптон 12,9; При расчёте сечение ионизации используются различные расчётные выражения, расчёт ведётся от величины энергии электронов. В диапазоне малых энергий используется линейная аппроксимация, где ci(10^-22) – коэффициент характеризующий наклон кривой сечения ионизации, U – задаваемый диапазон напряжения, Ui – потенциал ионизации.  Лотца-Дребина S1-площадь первого Боровского радиуса, n-количество электронов. бета,1,2-расчётные коэффициенты.  Сечение ионизации уменьшается с увеличением энергии за счёт того, что время взаимодействия электрона и атома минимально. При расчёте ионизации для двухзарядных частиц, сечение ионизации уменьшается на порядок. Для аргона однократной ионизации 3,4*10^-2 м^2, а для двухзарядных 3,4*10^-21 м^2, при этом увеличивается энергия ионизации. Данные условия относятся к пучку монохроматических электронов. В газовом разряде имеют разброс энергий. В этом случае в лабораторной работе рассчитываются распределения Максвелла И Больцмана и рассчитывается частота ионизации газа электрона водорода. При движении заражённых частиц в разрядном промежутке протекает ещё один неупругий процесс взаимодействия – перезаряд, приводящий к потере импульса и направленной скорости движения иона.  |