В работах [1,2] для случая слабоионизированной плазмы в кинетическом приближении решается задача для соотношения между электронным током на анод и потенциалом между плазмой и анодом. Нами рассмотрен случай достаточно плотной плазмы, когда вследствие кулоновских столкновений функция распределения электронов по энергиям имеет максвелловский вид вплоть до слоя пространственного заряда у анода. В плоском случае при большом отбираемом электронном токе дрейфовая скорость электронов приближается к тепловой, поэтому функцию распределения электронов по энергиям примем в виде:
(1)
где - концентрация; - дрейфовая скорость электронов у слоя пространственного заряда.
Область возмущения плазмы разобьем на две области: слой пространственного заряда непосредственно у электрода и квазинейтральную область.
Плотность электронного тока в области бесстолкновительного слоя определяется из выражения отталкивающего потенциала:
(2)
где - потенциал электрода относительно плазмы. Интегрируя (2) при , определяемом (1), получим:
(3)
Уравнение (3) решалось численно. Результаты показывают, что для наши результаты близки к [1,2], что указывает на малую роль межэлектронных столкновений на электронный ток на электрод.
В области квазинейтральности использовалось гидродинамические уравнения движения и уравнения непрерывности для электронов и ионов:
(4)
(5)
где Z - частота ионизаций, производимых одним электроном в единице объема; - частота эффективных столкновений электронов и ионов с атомами; - их дрейфовые скорости. На границе области возмущения принималось: ; ; .
Система уравнений (4) - (5) решалась численно для ряда значений параметров:
Кроме того, получены аналитические решения для значений концентрации на границе слоя.
При пониженных давлениях или небольших отбираемых электронных токах, когда выполняется соотношения имеем:
(6)
При обратном соотношении:
(7)
Значение электронной и ионной скорости на границе слоя определяется равенствами:
(8)
Последнее соотношение указывает на появление двухтоковой неустойчивости и ограничению тока на электрод при
Исследования, описанные в данной работе, были проведены в рамках проекта PZ-013-02 поддерживаемого совместно Американским фондом гражданских исследований и развития (АФГИР), Министерством образования РФ и правительством Республики Карелия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Стаханов И.П., Щербин П.П. ЖТФ, 1969, т. 39, № 9, 1907.
- Бакшт Ф.Г., Иванов В.Г., Мойжес Б.Я. ЖТФ, 1972, т. 42, № 5, 921.