Плотность электрического тока электронов

, (4.78)

где C – постоянная интегрирования, которая определяется граничными условиями на электродах;

a - коэффициент ионизации, который определяется как среднее число ионов одного знака, производимое электронами на единице длины своего пути;

b - коэффициент ионизации, который характеризует ионизующую способность положительных ионов.

Условие пробоя газа или зажигания газового разряда:

, (4.79)

где g - среднее число электронов, вырываемых из катода одним положительным ионом.

Закон Пашена: если в нескольких разрядных трубках с плоскими электродами создать условия, при которых произведения давления p на расстояние l между электродами постоянны, то для всех трубок потребуется одна и та же разность потенциалов, чтобы вызвать газовый разряд.

Виды разрядов в газах: тлеющий разряд, искровой разряд, коронный разряд и дуговой разряд.

Тлеющий разряд – самостоятельный стационарный разряд, в котором катод испускает электроны вследствие бомбардировки его положительными ионами и фотонами, образующимися в газе. Для тлеющего разряда характерна большая напряженность электрического поля и соответствующее ей большое падение потенциала вблизи катода (катодное падение) и сравнительно малой плотностью тока.

Искровой разряд – неустановившийся электрический разряд, возникающий в том случае, когда непосредственно после пробоя разрядного промежутка напряжение на нем падает в течение очень короткого времени (от нескольких долей микросекунды до сотен микросекунд) ниже величины напряжения погасания разряда.

Коронный разряд – самостоятельный высоковольтный электрический разряд в газе при давлении порядка атмосферного, возникающий в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (тонкая проволочка, острие).

Дуговой разряд – самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газе практически при любых давлениях, превышающих 133, 3× 10^-2¸ 133, 3× 10^-4 Па, при постоянной или меняющейся с низкой частотой (до 10³ Гц) разности потенциалов между электродами. Отличается высокой плотностью тока на катоде (10²¸ 10⁸ А/см²) и низким катодным падением потенциала, не превышающим эффективного потенциала ионизации среды в разрядном промежутке.

Плазма – частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы (ионизованный квазинейтральный газ).

Идеальная плазма – потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией.

Степень ионизации плазмы a - отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объема.

Слабо ионизованная плазма - a порядка долей процента.

Умеренно ионизованная плазма - a составляет несколько процентов.

Полностью ионизованная плазма – a близка к 100%.

Изотермическая плазма – плазма, для которой температура всех компонентов одинакова (T_e – электронная температура; T_i – ионная температура; T_a – температура нейтральных атомов).

Низкотемпературная плазма – принято считать плазму с T_i £ 10⁵ К.

Высотемпературная плазма – принято считать плазму с T_i ~ 10⁶¸ 10⁸ К.

Основные свойства плазмы:

а) квазинейтральность – плотность положительных и отрицательных зарядов одинакова;

б) коллективность взаимодействия частиц – одновременно взаимодействуют друг с другом большое число частиц;

в) появление в плазме объемных зарядов и токов под влиянием электрического и магнитного полей – этим обусловливается ряд специфических свойств плазмы.

Дебаевская длина (дебаевский радиус экранирования) – определяет размеры области, в которой не могут происходить заметные нарушения квазинейтральости плазмы:

. (4.80)

Условие квазинейтральности плазмы – линейные размеры области существования плазмы должны быть намного больше дебаевской длины.

Ленгмюровские волны в плазме – продольные колебания пространственного заряда.

Плазменная частота (частота ленгмюровских волн):

, (4.81)

где n-объемная плотность зарядов плазмы;

m, e –масса и заряд электрона.

Циклотронные частоты – частоты, с которым совершают вращательное движение заряженные частицы плазмы в магнитном поле:

, (4.82)

где B – индукция магнитного поля.

Ларморовские спирали – траектории движения заряженных частиц плазмы в магнитном поле, радиус которых определяется соотношением:

, (4.83)

где v_^ - перпендикулярная вектору индукции магнитного поля B составляющая скорости движения частицы.

Прицельный параметр r_^ - расстояние, при котором угол отклонения электрона от первоначального направления порядка 90⁰:

. (4.84)

“Эффективное поперечное сечение” с учетом дальних взаимодействий электрона с положительными ионами:

, (4.85)

где Z – число элементарных зарядов положительных ионов плазмы;

- кулоновский логарифм.

Время свободного пробега электрона в плазме – промежуток времени, в течение которого направление движения электрона меняется на угол порядка 90⁰:

. (4.86)

Диамагнетизм плазмы – явление, при котором уменьшается внешнее магнитное поле за счет магнитных полей круговых токов, обусловленных вращением электронов и ионов плазмы.