Электронная температура и распределение пространственного заряда в газоразрядной плазме

Аннотация

Низкотемпературная плазма используется в различных сферах электроники. Например, в микроплазменных терагерцовых усилителях бегущей волны, в которых электронный пучок заменяется плазмой, для измерения магнитных полей, в микроплазменных устройствах Холла для измерения концентрации и подвижности носителей заряда. Для протекания электрического тока в газе необходимо, чтобы происходила ионизация нейтральных частиц ионами. При этом газ выходит из состояния теплового равновесия. При тепловом равновесии T_e=T_p=T_г выполняется условие ионизационного равновесия, из которого вытекает соотношение Саха, определяющее отношение n_p/(n_e+n_p+n_a), которое значительно возрастает. А для случая неравновесия n_e=n_p<<n_a требуется, чтобы наиболее активными частицами были электроны. Электронная температура и пространственный заряд в низкотемпературной плазме может приводить к изменению физических свойств соответствующих плазменных приборов, их параметров и временной нестабильности. Знание аналитических зависимостей распределения пространственного заряда и электронной температуры газоразрядной плазмы в определенных режимах протекания электрического тока позволит детально оценить его влияние на свойства таких электронных приборов. Получены численные значения электронной температуры для цилиндрической модели плазмы для разных газов и построен график зависимости электронной температуры T_в от P R (давления и радиуса цилиндрической трубки). Проведено сравнение и дан анализ полученных результатов, из которых следует, что влияние магнитного поля и распределение концентрации носителей заряда будет совпадать, как в цилиндрической плазме, ограниченной диэлектрической поверхностью радиуса R, так и в плоской плазме, ограниченной диэлектрическими стенками. Получена функция поперечного распределения пространственного заряда для цилиндрической плазмы, ограниченной диэлектрической поверхностью радиуса R. Результаты расчёта позволяют оценить влияние электронной температуры и пространственного заряда на свойства плазменных устройств.