Физика тлеющего разряда, Кудрявцев А.А., Смирнов А.С., Цендин Л.Д., 2010

Физика тлеющего разряда, Кудрявцев А.А., Смирнов А.С., Цендин Л.Д., 2010.
 
   В книге систематически излагается современная физика тлеющих газовых разрядов (glows), то есть сравнительно слаботочных разрядов низкого и среднего давления с сильнонеравновесной плазмой. Так как наиболее неравновесной является электронная подсистема, то анализ разрядов (впервые в мировой литературе) основывается на электронной кинетике. Это позволяет дать самосогласованное описание основных процессов и параметров газоразрядной плазмы. Для разрядов постоянного тока построена последовательная кинетическая картина явлений в положительном столбе, в прикатодной области, включающей фарадеево темное пространство, и в прианодной области. Рассмотрены индукционный и емкостной высокочастотные разряды и показано, что адекватное описание многих явлений в них также невозможно без учета электронной кинетики. Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов, специализирующихся в области физики газовых разрядов и их технических применений.

Вычисление профиля концентрации плазмы.
Для того чтобы найти профили концентрации заряженных частиц, необходимо решить систему уравнений переноса, в которых источники и стоки заряженных частиц связаны с их потоками под действием диффузии и дрейфа в квазистационарном поле. Для этого необходимо знать ФРЭ (так как ФРЭ определяет скорости ионизации и других плазмохимических процессов, то рождение и гибель заряженных частиц определяются именно ею) и распределение полей в плазме [1].
Таким образом, ни одну из этих подпроблем нельзя решить независимо от остальных. Невозможно найти ФРЭ из уравнения Больцмана, так как поле в плазме является самосогласованным и определяется не только внешними электродами, антеннами, катушками и пр., но и зарядами, и токами самих заряженных частиц плазмы. Поэтому, чтобы найти поля, необходимо знать эти заряды и токи, которые определяются уравнениями переноса, для решения которых необходимо было бы уже знать поля. Поэтому несамосогласованное решение любой частной задачи, аналитическое или численное, например нахождение ФРЭ в заданных полях или полей, возникающих при заданной конфигурации плазмы, может иметь весьма малое отношение к реальности. Представляется неизбежным численное решение этой самосогласованной задачи.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Литература
Глава 1. Основные характеристики тлеющих разрядов
Литература
Глава 2. Столкновения в плазме
2.1. Основные понятия
2.2. Законы сохранения
§2.2.1. Система центра масс
§2.2.2. Передача энергии и импульса в упругих столкновениях
§2.2.3. Транспортное сечение
2.3. Упругие столкновения
§2.3.1. Кулоновские столкновения
§2.3.2. Упругие электрон атомные столкновения
2.4. Неупругие столкновения электронов
§2.4.1. Возбуждение электронных уровней в атомах
§2.4.2. Ионизация
§2.4.3. Электрон ионная рекомбинация
§2.4.4. Прилипание электронов
§2.4.5. Процессы устранения отрицательных ионов
§2.4.6. Столкновения электронов с молекулами
§2.4.7. Столкновения ионов
2.5. Процессы на поверхности
§2.5.1. Взаимодействие электронов с поверхностью
§2.5.2. Взаимодействие ионов с поверхностью
§2.5.3. Фотоэмиссия
§2.5.4. Термоэмиссия
Литература
Глава 3. Кинетика электронов
3.1. Функция распределения электронов. Основные (плазменные) электроны
§3.1.1. Плазменные и быстрые электроны в атомарных газах
3.2. Джоулев нагрев и диффузия по энергии. ФРЭ, определяемая квазиупругими столкновениями
3.3. Влияние неупругих ударов на ФРЭ
3.4. Анизотропная часть ФРЭ
§3.4.1. Однородная плазма в постоянном электрическом поле
§3.4.2. Неоднородная плазма
3.5. ФРЭ в высокочастотном электрическом поле в разных частотных диапазонах
3.6. Моменты ФРЭ
§3.6.1. Цепочка уравнений для моментов ФРЭ
3.7. Гидродинамические уравнения. Коэффициенты переноса
§3.7.1. Условия применимости гидродинамического приближения
§3.7.2. Отрицательная проводимость
§3.7.3. Уравнения переноса при максвелловском «теле» ФРЭ
3.8. Учет кулоновских столкновений
3.9. Граничные условия
§3.9.1. Граничные условия по энергии
§3.9.2. Граничные условия на поглощающем электроде
§3.9.3. Граничное условие на границе плазмы с тонким слоем у поглощающей поверхности
§3.9.4. Граничное условие на эмитирующем электроде
3.10. Решения уравнения Больцмана в неоднородной плазме
§3.10.1. Пролетные электроны. Трубопроводная ФРЭ
§3.10.2. Пролетные электроны. Форма ФРЭ при квазиупругом балансе энергии
§3.10.3. Нелокальный случай. Запертые электроны
3.11. Электроны большой энергии. Убегание
Литература
Глава 4. Самосогласованное электрическое поле в разряде
4.1. Плазма и слой объемного заряда. Бесстолкновительный и столкновительный слой
§4.1.1. Бесстолкновительный слой
§4.1.2. Бесстолкновительный слой у эмитирующей поверхности. Двойной слой
§4.1.3. Столкновительный слой
§4.1.4. Влияние обеднения «хвоста» ФРЭ
§4.1.5. Влияние ионизации в слоях
§4.1.6. Слои в емкостном ВЧ разряде
§4.1.7. Динамика ионов в ВЧ слое
§4.1.8. Формирование слоя в плазме со сложной кинетикой. Слой в электроотрицательной плазме
4.2. Амбиполярная диффузия
§4.2.1. Диффузия многокомпонентной плазмы
§4.2.2. Переход от свободной к амбиполярной диффузии
§4.2.3. Диффузия в высокочастотном поле
4.3. Амбиполярная подвижность в токонесущей плазме
§4.3.1. Структура диффузионного скачка
§4.3.2. Эволюция разрыва в начальном условии
Литература
Глава 5. Положительный столб тлеющего разряда постоянного тока
5.1. Основные характеристики положительного столба газового разряда
5.2. Положительный столб в атомарных газах
5.3. Влияние ухода быстрых электронов на стенку на ФРЭ. Конус потерь для незапертых электронов
5.4. Положительный столб в нелокальном режиме. Радиальные характеристики положительного столба разряда с нелокальной ФРЭ. Дифференциальные потоки электронов и быстрая часть ФРЭ
§5.4.1. «Тело» ФРЭ в нелокальном случае
§5.4.2. Формирование «хвоста» ФРЭ
§5.4.3. Радиальные профили скоростей возбуждения
5.5. Положительный столб разряда в электроотрицательных газах
5.6. Контракция положительного столба
Литература
Глава 6. Тлеющие разряды постоянного тока
6.1. Ионизация в электрическом поле и первый коэффициент Таунсенда
6.2. Сверхвысокочастотный пробой
§6.2.1. СВЧ пробой, определяемый диффузией
§6.2.2. СВЧ пробой при наличии малого постоянного поля
6.3. Пробой и зажигание самостоятельного разряда в постоянном однородном поле. Кривые Пашена
§6.3.1. Влияние вторичной эмиссии на катоде на усиление тока несамостоятельного разряда. Второй коэффициент Таунсенда
§6.3.2. Условие Таунсенда для зажигания самостоятельного разряда постоянного пока
§6.3.3. Потенциал зажигания разряда и кривые Пашена
§6.3.4. Протекание процесса пробоя во времени
§6.3.5. Ограничения лавинного механизма пробоя
6.4. Общая структура разряда между холодными электродами
§6.4.1. Вольт амперная характеристика
§6.4.2. Основные характеристики и распределение параметров по длине тлеющего разряда
6.5. Таунсендовский и поднормальный разряды
§6.5.1. Вольт амперная характеристика
§6.5.2. Неустойчивость таунсендовского разряда на правой ветви кривой Пашена
6.6. Тлеющий разряд постоянного тока
§6.6.1. Гидродинамическая (fluid) модель прикатодной области нормального разряда
§6.6.2. Кинетическое описание прикатодной области
§6.6.3. Второе обращение поля и переход к положительному столбу
6.7. Тлеющий разряд с неплоскими электродами (разряд с полым катодом)
6.8. Прианодная область
Литература
Глава 7. Высокочастотные разряды
7.1. Классификация. ВЧЕ и ВЧИ разряды. Переход от емкостного к индукционному разряду
7.2. ВЧИ разряды
§7.2.1. Скин слой
§7.2.2. Эквивалентная схема
§7.2.3. ВЧИ разряд среднего давления. Локальная ионизация
§7.2.4. ВЧИ разряд низкого давления. Нелокальная ионизация
7.3. ВЧЕ разряды
§7.3.1. Механизм переноса тока
§7.3.2. Эквивалентная схема
§7.3.3. Системы согласования
§7.3.4. Несимметричные ВЧЕ разряды
§7.3.5. Последовательный резонанс в ВЧЕ разряде
§7.3.6. Среднее электрическое поле, движение ионов в слое
§7.3.7. ВЧЕ разряд среднего и высокого давления
§7.3.8. ВЧЕ разряд низкого давления
Литература
Глава 8. Неустойчивости тлеющих разрядов. Страты
8.1. Гидродинамический механизм
8.2. Кинетический подход
Литература
Список литературы для углубленного изучения
Приложение А. Разложение ФРЭ по сферическим гармоникам
1.1. Функция распределения в тонкой трубке
Приложение В. Учет теплового движения частиц мишеней и столкновений с малой потерей энергии
2.1. Молекулярные газы
Приложение С. Кинетическое уравнение в высокочастотном    поле
Приложение D. Преобразование межэлектронного интеграла столкновений
Литература.