ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 7
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.7.2
УДК 621.387
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЕ НА ЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
А. С. Банковский, А. А. Захаров, А. А. Потапов, А. А. Швачко
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, д. 77.
Статья поступила в редакцию 7 июля 2021 г.
Аннотация. Тепловой поток и связанный с ним пространственный заряд в газоразрядной плазме может приводить к изменению свойств соответствующих электронных приборов: изменению кинетических коэффициентов и временной нестабильности их параметров. В приборах с малыми поперечными размерами поле поверхностного заряда, существенно влияющее на величину пространственного заряда в плазме, может влиять и на ток в квазинейтральной плазме, изменяя величину компоненты электрического поля, зависящей от тепловых потоков плазмы. Знание аналитических зависимостей компоненты продольного электрического поля, обеспечивающего ток разряда от параметров плазмы, теплового потока электронов и ее геометрии позволяет детально оценить параметры реальных плазменных приборов.
Цель. Получить и проанализировать аналитические выражения для продольного электрического поля в ограниченной плазме в режиме амбиполярной диффузии с учетом тепловых потоков электронов, величина которых зависит от частоты столкновений электронов с атомами при аппроксимации ее в виде степенной функции скорости.
Результаты. Получены уравнения баланса энергии электронов в интегральной форме для ограниченной плоской плазмы с учетом теплового потока электронов.
Практическая значимость. Результаты расчета позволяют оценить влияние теплового потока электронов низкотемпературной плоской плазмы с легкими и тяжелыми ионами на их электрические свойства.
Ключевые слова: низкотемпературная плазма, температура электронов, амбиполярная диффузия, частота столкновений электронов с атомами, тепловой поток.
Annotation. The heat flux and the associated space charge in a gas-discharge plasma can lead to a change in the properties of the corresponding electronic devices: a change in the kinetic coefficients and the temporal instability of their parameters. In devices with small transverse dimensions, the surface charge field, which significantly affects the space charge in the plasma, can also affect the current in the quasineutral plasma, changing the magnitude of the electric field component, which depends on the heat fluxes of the plasma. Knowledge of the analytical dependences of the component of the longitudinal electric field that provides the discharge current on the parameters of the plasma, the heat flux of electrons and its geometry makes it possible to estimate in detail the parameters of real plasma devices.
Purpose. Obtain and analyze analytical expressions for the longitudinal electric field in a confined plasma in the ambipolar diffusion mode, taking into account the heat fluxes of electrons, the value of which depends on the frequency of collisions of electrons with atoms when approximated as a power-law velocity function.
Results. The equations of electron balance are obtained in integral form for a bounded flat plasma with allowance for the heat flux of electrons.
Practical significance. The calculation results make it possible to evaluate the effect of the heat flux of electrons of a low-temperature flat plasma with light and heavy ions on their electrical properties.
Key words: low-temperature plasma, electron temperature, ambipolar diffusion, frequency of collisions of electrons with atoms, heat flux.
Литература
1. Golubovskii Y.B., Siasko A.V., Nekuchaev V.O. Role of thermal effects in neon and argon constricted discharges. Plasma Sources Science and Technology. 2019. Vol.28. P.045007. http://doi.org/10.1088/1361-6595/ab1322
2. Taccogna F., Dilecce G. Non-equilibrium in low-temperature plasmas. The European Physical Journal D. 2016. Vol.70. No.11. P.37. http://doi.org/10.1140/epjd/e2016-70474-0
3. Gohain M., Karmakar P.K. Evolutionary Sheath Structure in Magnetized Collisionless Plasma with Electron Inertia. Plasma Physics Reports. 2017. Vol.43. No.9. P.957–968. http://doi.org/10.1134/S1063780X17090021
4. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. Изд. 2-е, испр. и доп. Санкт-Петербург. Лань. 2021. 448 с.
5. Банковский А.С., Захаров А.А., Подшивалова А.А. Свойства ограниченной низкотемпературной плазмы в поперечном магнитном поле в случае однородного амбиполярного поля. Известия вузов. Физика. 2011. Т.54. №4. С.7-10.
6. Банковский А.С., Захаров А.А., Потапов А.А., Швачко А.А. Влияние пространственного заряда в газоразрядной плазме на устойчивость баланса частиц и токовую составляющую напряженности электрического поля. Радиотехника. 2020 . Т.84. № 7(14). С. 50–58.
7. Банковский А.С., Иванов В.В, Кулакова В.И. Газоразрядные магнитооптические преобразователи для измерения составляющих магнитной индукции. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1989. В. 1. № 124. С. 37-39.
Для цитирования:
Банковский А.С., Захаров А.А., Потапов А.А., Швачко А.А. Влияние тепловых потоков в газоразрядной плазме на ее электрические свойства. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.7.2