Plasma Physics
Department
КУРС ЛЕКЦИЙ: Физика низкотемпературной
плазмы
Лекция №5. Электрический разряд в газах. Классификация. Несамостоятельный разряд без ионизационного усиления
Автор: доц. Крашевская Г.В.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Классификация токов
Электрический ток в газе 
Несамостоятельный
ДляДляподдержанияподдержаниятокатока вв газегазе
необходимнеобходимвнешний источникисточник ионизацииионизации,, устранениеустранение которогокоторого
приводитприводиткк исчезновениюисчезновению токатока
Самостоятельный
ПоддерживаетсяПоддерживаетсяэлектрическимэлектрическим
полемполем беззвнешнихвне них
воздействийвоздействий
Факторы
1.Наличие свободных носителей (зар. частиц)
2.Наличие эл. поля или других факторов, могущих сообщить заряж. частицам направленную скорость
Page 2
Несамостоятельный ток
|
Возникает на электроде |
|
|
|
|
|
Возникает в газе |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электрон |
|
Ионный |
|
|
Ионизация |
|
|
Ионизация |
|
Остаточная |
||
|
ный |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
от |
|
|
внутренним |
|
ионизация в |
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
источника |
|
|
и |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
распадающе |
||||
|
|
|
|
|
|
внешним |
|
|
процессами |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
йся плазме |
||||
|
|
|
|
|
|
излучением |
|
|
в газе |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
без |
|
с ионизаци- |
ионизаци- |
|
|
|
онным |
|
онного |
|
|
|
усилением |
|
усиления |
|
|
|
|
Page 3
|
|
|
|
|
|
|
Самостоятельный ток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Установившийся |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неустановившийся |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
Меняющийся по |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(связанный с |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
величине (без |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изменением рода |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изменения рода |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
преобладающих |
|||||||||
|
Поле не |
|
Поле |
|
|
|
преобладающих |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
процессов) |
||||||||||||||
искажено |
|
искажено |
|
|
|
процессов) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
объемными |
|
объемными |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
зарядами |
|
зарядами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Возникновение |
|
||||||||||
|
|
|
Меняющийся |
|
|
|
Меняющийся |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вместе с |
|
|
|
самостоятельн |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изменением |
|
|
|
|
ого тока |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
неизменной |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проводимости |
|
|
|
|
(пробой газа) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проводимости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
газа |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
одного вида |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
самостоятельн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ого тока в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
другой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прекращение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
самостоятельн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ого тока и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
остаточные |
|
|
Page 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
явления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Несамостоятельный ток без
ионизационного усиления
Page 5
Допущения теории
1.Внешний ионизатор воздействует на газ во всем объеме с плотностью ионизации ε
2.Ионизация однократная и не образуется отрицательных ионов
3.Зар. частицы исчезают на электродах и в объеме газа
(рекомбинация по закону |
) |
4.Между электродами U = const, Е/р недостаточна для заметной вторичной ионизации электронным ударом (Е/р <10В/(см∙Тор) )
5.Концентрация зар. частиц мала =>нет значительных искажений эл. поля
6.Дрейф зар. частиц обусловлен только эл. полем
7.Давление: λe,I << d => Скорость дрейфа u ~ E
8.На электродах нет эмиссии и отражения зар. частиц
Page 6
Ток между параллельными электродами
- плотность ионизации - межэлектродное расстояние 
- площадь электрода
- скорости дрейфа носителей тока
Уравнение баланса электронов:
r – коэффициент объемной рекомбинации
Page 7
Ток между параллельными электродами
где
Краевые условия: Анод: 
при Катод: 
при
где
Можно упростить => Частные случаи:
1.Электрическое поле отсутсвует E = 0
2.Слабое электрическое поле
3. Сильное электрическое поле
Page 8
1. Электрическое поле отсутствует
Нет тока: 
|
|
|
|
|
|
|
Нет объемного заряда: |
|
Строго |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение баланса электронов:
Наибольшая концентрация ионов, которая может существовать в данном промежутке!!!
Page 9
2. Слабое электрическое поле
Можно пренебречь уводом полем частиц по сравнению с рекомбинацией
Приближенно 
и
Ток подчиняется закону Ома, т.к. i ~U:
Газовый промежуток характеризуется определенным
сопротивлением R и удельной проводимостью σ:
Page 10