18.2.3. Процессы переноса в плазме

В послесвечении электроны, имеющие вначале высокую энергию, постепенно теряют ее при упругих столкновениях с молекулами газа. Таким образом, восстанавливается со скоростью, определяемой вероятностью столкновений [91,171], максвелловское распределение по скоростям, соответствующее данной температуре газа. Кроме того, электронная плотность уменьшается за счет трех физических механизмов, действующих либо каждый в отдельности, либо вместе, а именно: диффузии, рекомбинации и прилипания. В неактивной плазме достаточно высокой плотности число ионов

приближенно равно числу электронов, и спадание плотности определяется следующим соотношением:

Диффузия вызывает движение электронов к границе разряда и поэтому зависит от подвижности частиц и длины свободного пробега. Если потери энергии, обусловленные диффузией электронов, превышают энергию, поступающую от нейтральных атомов газа, то имеет место диффузионное охлаждение [36]. При отсутствии внешнего электрического поля движение определяется коэффициентом амбиполярной диффузии В этом случае, решая уравнение (18.13) в предположении, что остальными процессами можно пренебречь, получим

где начальное значение плотности в послесвечении при постоянная времени спадания. Таким образом, изменяется линейно с ростом со скоростью, определяемой В простейшем случае сферического сосуда с радиусом при однородном распределении ионизации постоянная времени равна

При измерении методами техники сверхвысоких частот [10] необходимо ввести поправку на рекомбинацию. Типичные значения при давлении следующие: гелий [16] 0,054, неон [18] 0,0115, аргон [22] 0,090 и водород 0,070.

При рекомбинации электрона и положительно заряженного иона высвобождается [154] энергия, выделяющаяся либо в виде излучения, либо приводящая к дальнейшему возбуждению иона или диссоциации молекулы, а в случае тройного столкновения переходящая в кинетическую энергию третьей частицы. Примером последнего процесса является поверхностная рекомбинация. Решение уравнения (18.13) при учете только одной рекомбинации имеет вид

так что зависит от времени линейно. При измерениях на сверхвысоких частотах [17] одновременно определялись [114] интенсивность и спектральное распределение испускаемого света, причем считалось, что интенсивность пропорциональна скорости рекомбинации. В экспериментах [17, 122] на частоте с ионами гелия тепловые электроны дали для значения порядка и было обнаружено, что скорость рекомбинации не зависит от давления в диапазоне Указанные

величины значительно превышают значения, полученные старыми способами, и имеется некоторая неясность относительно точного механизма явления. Предполагалось [11, 12], что происходит диссоциация молекулярных ионов присутствие которых в разряде установлено [32, 116, 172]. Предположения подтвердились в экспериментах [21, 24] с небольшими добавками аргона. Измеренные значения для неона [21], аргона [21, 181] и криптона [184] были порядка

При высоком уровне входного сигнала температура электронов возрастает и скорость рекомбинации зависит от мощности и давления. Этот эффект демонстрировался при гашении [83] оптического послесвечения импульсом СВЧ энергии. Полученное в опыте [198] со смесью аргона и гелия на частоте изменение с давлением для мощностей от 3 до приведено на рис. 18.8, в. Оптические и сверхвысокочастотные методы использовались также при измерениях на водороде [185, 227], цезии [50], ртути [51] и других газах [17].

Прилипание состоит [149] в образовании отрицательного иона [155] при захвате нейтральной молекулой газа электрона, который, таким образом, выбывает из разряда; этот процесс приводит к экспоненциальному спаданию концентрации. Экспериментально определяются три вида коэффициентов прилипания: сечение прилипания вероятность прилипания и коэффициент прилипания Частота прилипания может быть выражена через один из этих параметров с помощью следующего соотношения:

В газах, у которых явление прилипания сильно выражено, частота прилипания превышает в раз давление в миллиметрах ртутного столба. Измерения в кислороде на сверхвысоких частотах [74, 97] дали для значения порядка причем точное значение зависит от энергии электронов. У галогенных соединений большие значения коэффициентов обусловлены диссоциацией [101], а в случае молекулы при резонансным прилипанием [3].