Диссертация (1150443), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

В рассматриваемомслучае функция распределения ионов (как будет видно ниже) обладает доста­точно сильной анизотропией и это снижает возмущающее влияние зонда.На рис.2.10,2.11,2.13,2.14 и 2.15 - 2.17 приведены энергетические зависи­мости первых семи коэффициентов разложения ФРИ по полиномам Лежандрадля ионов + в , + в и + в , соответственно. Можно видеть, чтокоэффициенты Лежандра для всех условий имеют максимумы, но этот макси­мум сдвинут в сторону больших энергий относительно максимума ФРИ, причемсдвиг растет с увеличением номера коэффициента.

Отсюда можно сделать вы­вод, что, по-видимому, роль коэффициента Лежандра в формировании ФРИпри больших энергиях может возрастать с номером этого коэффициента.Как уже говорилось, в случае + в мы имеем наиболее высокоезначение параметра /0 , а в последнем (+ в ) - наиболее низкое. Этообстоятельство отражается на парциальном вкладе коэффициентов Лежандраразличного порядка в ФРИ. Действительно, видно, что в случае ионов +при увеличении номера коэффициента от 0 до 6 их значение в максимуме неизменяется, а при увеличении энергии значение коэффициентов 0 - 4 возрастаети далее (то есть, для 5 - го и 6 - го) остается почти постоянным. Напротив, вслучае + 0 - ой коэффициент имеет наибольшее значение в максимуме и приувеличении номера коэффициента от 0 до 6 это значение монотонно падает. Приэтом разница в максимальных значениях достигает 7 раз. При увеличении жеэнергии иона + все гармоники спадают примерно одинаково, что позволяет38заключить, что при энергии выше соответствующей максимуму ФРИ, роль ко­эффициентов с большим номером и для случая + в растет с увеличениемэнергии иона.На рис.

2.12, 2.18 и 2.19 приведены восстановленные в виде конечного ря­да по полиномам Лежандра (полиномы порядка 0 - 6) ФРИ для + + ,+ + и + + , соответственно. Можно отметить ряд интересных осо­бенностей. А именно, анизотропия ФРИ при примерно одинаковых энергияхубывает вместе с уменьшением параметра /0 , то есть для + она мак­симальна, а для + - минимальна. Кроме того, как и следовало ожидать изанализа данных по энергетической зависимости коэффициентов Лежандра, приувеличении энергии анизотропия ФРИ возрастает.В заключении этой части работы еще раз отметим важность наличиякритерия, позволяющего по известным условиям в плазме определять количе­ство членов ряда по полиномам Лежандра, адекватно описывающего реальнуюФРИ.Рисунок 2.15 —Энергетическая зависимость первых трех экспериментально измеренныхкоэффициентов разложения ФРИ+в по полиномам△ = 0.05 .Лежандра для условий рис.

2.8;39Рисунок 2.16 —Энергетическая зависимость экспериментально измеренныхкоэффициентов разложения ФРИ+вс номерами n=3,4 по полиномам Лежандра дляусловий рис.2.8;Рисунок 2.17 —△ = 0.05 .Энергетическая зависимость экспериментально измеренныхкоэффициентов разложения ФРИ+вс номерами n=5,6 по полиномам Лежандра дляусловий рис.2.8;△ = 0.05 .40Рисунок 2.18 —Угловая зависимость восстановленной по измерениям коэффициентов(первые семь) Лежандра ФРИ = 0.1 ;3 - = 0.5 ;+в,при различных энергиях ионов 1 -ширина аппаратной функции зондового метода = 0.04 ;△ = 0.05 ;2 -Условия разряда те же, что и на рис. 2.7.Рисунок 2.19 —Угловая зависимость восстановленной по измерениям коэффициентов(первые семь) Лежандра ФРИ = 0.04 ; 0.1 ; 0.3 ;+в,при различных энергиях ионовширина аппаратной функции зондового методаУсловия разряда те же, что и на рис.

2.8.△ = 0.05 ;41Выводы к главе 21. В Главе 2 предложен новый метод определения ФРИ по энергиям инаправлениям движения. Эксперименты выполнены в условиях, когдадоминирующим процессом в плазме является резонансная перезарядка.Основное требование, ограничивающее область применимости метода малость толщины призондового слоя Дебая по сравнению с размерамизонда.2.

При произвольной величине электрического поля методом плоского од­ностороннего зонда впервые измерена ФРИ по энергиям и направле­ниям движения для + в , + в и + в . Экспериментвыполнен в условиях, когда отношения длины пробега иона к характер­ному размеру плоского зонда равны 0.7, 2 и менее 0.1 скорость иона,приобретаемая им на длине свободного пробега, порядка и больше сред­ней тепловой скорости атомов и доминирующим процессом в плазмеявляется резонансная перезарядка. Полученные результаты позволяютсделать вывод о том, что в плазме самостоятельного газового разрядадаже при умеренных полях, когда параметр / ∼ 10 ÷ 20 / ,ФРИ может обладать заметной анизотропией и сильно отличаться отмаксвелловского распределения.3.

Измерены энергетические зависимости лежандровых компонентовФРИ для + в , + в и + в , что позволило восста­новить ФРИ в виде конечного ряда по полиномам Лежандра порядка0 - 6.42Глава 3. Расчет ФРИ в плазме собственного газа в условиях, когдаосновным процессом является резонансная перезарядка3.1Введение и постановка задачиРанее нами был предложен и реализован новый зондовый метод изме­рения функции распределения ионов (ФРИ) по скоростям в плазме газовогоразряда при произвольной величине электрического поля в плазме. В случаедвижения ионов в собственном газе был получен ряд результатов, которые поз­волили сделать вывод о том, что в плазме самостоятельного газового разрядадаже при умеренных полях, когда параметр∼ 10 ÷ 20 (, - величи­на продольного электрического поля в плазме и давление газа, соответственно)ФРИ может сильно отличаться от максвелловского распределения.

Вместе стем, как отмечалось выше, в настоящее время отсутствуют аналитические ре­зультаты по расчету полной ФРИ (не только по энергиям, но и по направлениямдвижения) с учетом зависимости сечения перезарядки от энергии относитель­ного движения иона и атома в широком диапазоне значений параметра / .Исключение составляют работа [36], в которой ФРИ ионов в собственном газебыла получена в приближении постоянного сечения перезарядки и предполо­жения о максвелловском распределении ионов по скоростям в плоскости, пер­пендикулярной вектору электрического поля. Что касается немногочисленныхчисленных расчетов с применением методов Монте-Карло, то их использова­ние для проверки адекватности разработанного в Главе 2 экспериментальногометода затруднительно, поскольку, сравнение с экспериментальными результа­тами предусматривает вычисление, во-первых, свертки функции распределенияс аппаратной функцией использованного зондового метода, во-вторых, вычис­ление коэффициентов в разложении ФРИ по полиномам Лежандра, которыеи являются результатом применения зондовой методики [89].

Эти вычислениятребуют достаточно большого машинного времени или применения высокопро­изводительных вычислительных кластеров.В связи с вышесказанным актуальным является разработка аналитиче­ской теории для расчета ФРИ в плазме самостоятельного газового - разря­43да в собственном газе и последующего сравнения экспериментальных данных,полученных в [89] и Главе 2, с расчетами по этой теории.Настоящая работа посвящена теоретическому решению задачи об опреде­лении ФРИ по скоростям в тлеющем разряде собственного газа в постоянномполе произвольной величины. При этом учтено, что медленные ионы возника­ют с максвелловским распределением по скоростям (с атомной температурой)в результате перезарядки, которая считается доминирующим процессом.Отметим, что кроме резонансной перезарядки ионы при столкновении ссобственными атомами могут упруго рассеиваться.

Однако, как известно, во­первых, сечение упругого рассеяния сравнимо с сечением резонансной переза­рядки только при малых энергиях (порядка 0.1 эВ и ниже) [90], во вторых, видФРИ по энергиям слабо зависит от величины этого сечения [6],[13],[36],. Такимобразом, сравнение расчетов ФРИ (полученной в предположении о доминиро­вании процесса резонансной перезарядки) с полученными в [89] и Главе 2 экспе­риментальными данными, позволят получить дополнительную информацию овлиянии процесса упругого рассеяния иона на атоме на вид ФРИ по энергиям.Ниже, мы, сначала решим задачу для случая сильного поля без учета упругогорассеяния, затем распространим это решение на случай произвольного поля и,наконец, основываясь на полученных результатах, учтем упругие столкновенияпри расчете ФРИ в собственном газе.3.2ФРИ в случае сильного поля с учетом только резонанснойперезарядки3.2.1Получение основных соотношенийКак отмечалось, механизмы взаимодействия ионов с остальными ком­понентами низкотемпературной плазмы в настоящее время достаточно хоро­шо изучены [36],[91],[90],[92].

Установлено, что доминирующим процессом пристолкновениях иона в собственном газе является резонансная перезарядка, в44результате которой ион во время столкновения с атомом передаёт ему за счёттуннельного эффекта свой заряд, сохраняя импульс и энергию.Имея в виду основной механизм взаимодействия ионов с нейтральнымиатомами, рассмотрим установившееся распределение по скоростям при услови­ях:– атомы газа движутся в соответствии с законом Максвелла;– движение ионов происходит в собственном газе с низкой степенью иони­зации;– доминирующим процессом, формирующим функцию распределенияионов по скоростям, является резонансная перезарядка;– отсутствуют продольные градиенты параметров плазмы.Последнее условие необходимо, поскольку в противном случае будет зави­сеть от продольной координаты и ФРИ.

Характеристики

Список файлов диссертации