WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Динамика электронных пучков в плазме Таблица 2.

ntt, n00, W, PHe, Torr nt, cm-3 n0, cm-3 Is, A I, A Ihd, A l0, cm li, cm l, cm erg · cm-3 erg · cm-3 erg · cm-3 e-pl, cm-2 l0/ 0.9 6.6 · 1010 5.8 · 109 0.16 0.059 – 0.11 0.23 – – 4.9.2 · 1010 7.3 · 109 0.2 0.18 0.076 0.56 0.4 0.2 0.15 0.3 0.12 4 · 10-16 5.1.7 · 1011 1.0 · 1010 0.3 0.12 0.3 0.1 0.27 0.4 0.34 2 · 10-16 0.6 4.6 · 1010 3.4 · 109 0.08 0.037 – – 0.074 0.16 – – 4.5.3 · 1010 5.0 · 109 0.1 0.09 0.049 0.83 0.6 0.1 0.085 0.24 0.057 4 · 10-16 5.2.8 · 1011 4.0 · 1010 0.8 0.35 0.27 0.03 0.44 1.9 0.71 2 · 10-16 0.5 6.7 · 1010 9 · 109 0.1 0.015 – – 0.074 0.43 – – 4.0.25 1.3 · 1011 6 · 1010 0.5 0.57 0.2 0.1 0.48 2.4 1.2 1 · 10-16 15. Pелаксация на колебаниях отсутствует.

граммами рис. 11, b указывает на то, что в бесстолкно- слабоанизотропной ФРЭ и пучок не доходит до анода.

вительной плазме, пронизываемой интенсивным пучком, Кривые IU практически не зависят от ориентации зонда и первоначально протекает процесс релаксации направле- трансформируются к платообразному виду. Совместный анализ вида IU и полярных диаграмм показывает, что при ния импульса. При последующем удалении зонда от I > I и z < 2 mm, несмотря на отсутствие парных катода наблюдается резкая энергетическая релаксация столкновений, протекает процесс изотропизации пучковых электронов при незначительных потерях энергии ( < 2eV), а затем уже энергетическая релаксация слабоанизотропного пучка 2 < z < 3 mm. Отметим, что протяженность этапа изотропизации li интенсивного пучка электронов в бесстолкновительной плазме превышает длину последующего этапа энергетической релаксации l. Поскольку указанные процессы происходят на расстояниях, меньших длины пробега электронов l0, то объяснить их можно только взаимодействием пучка электронов с колебаниями плазмы.

Оценим объемную плотность энергии колебаний W, необходимую для осуществления изотропизации моноэнергетичного пучка электронов на наблюдаемой в бесстолкновительной плазме длине, и величину эффективного сечения электрон-плазмeнного ”взаимодействия” e-pl. Будем считать, что взаимодействие электронов с волнами сходно с квазиупругими соударениями частиц и все плазмоны обладают одинаковой энергией 0. Для этого воспользуемся связью между эффективной частотой соударений eff = 0/li и плотностью энергии W при изотропно распределенных колебаниях [30] ph W eff = 0, (15) 4 0 ntmгде 0 = (4nte2)/m, 0 = 20/m, ph — фазовая скорость волн.

Полагаем ph 0. Результаты расчетов e-pl = = 0/Wli и W приведены в табл. 2. Видно, Рис. 11. Аксиальные зависимости IU (a) и полярные диаграмчто для pHe = 0.5 Torr плотность энергии колебамы направленного движения электронов пучка (b) в бесстолкний W 1.2erg · cm-3 (ср. ntt 0.5erg · cm-новительной плазме НПР при разрядном токе выше критичеи n00 2.4erg · cm-3) и эффективное сеского. PHe = 0.5Torr, l0 = 1 cm, d = 0.6 cm, js = 0.5Acm-2, чение электрон-плазмeнного ”взаимодействия” равно nt = 2.8 · 1011 cm-3, n0 = 6 · 1010 cm-3. z, mm: 1 —0.5, 2 —1, 3 —1.5, 4 —2, 5 —2.5, 6 —3, 7 —3.5. e-pl 10-16 cm-2.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 120 А.С. Мустафаев Заключение В работе зондовым методом исследована динамика релаксации анизотропной функции распределения электронов по импульсам и энергии.

Впервые обнаружено, что в столкновительной плазме релаксация интенсивного электронного пучка по энергии может происходить путем возбуждения волн. Измерены значения критического тока, при достижении которого пороговым образом осуществляется смена механизмов релаксации. Исследована роль метастабильных атомов Рис. 12. Зависимость полной длины энергетической релакгелия в формировании функции распределения быстрых сации ФРЭ L = li + l от длины ленгмюровской волны электронов и определена концентрация метастабилей.

в плазме НПР. PHe, Torr: • — 0.25, — 0.5, — 1, В бесстолкновительной плазме обнаружено явление — 2.5. В режиме релаксация пучка на волнах сменяется изотропизации пучка электронов при взаимодействии с релаксацией на парных столкновениях и L резко возрастает.

плазменными колебаниями и оценено сечение электронплазмонного квазиупругого ”соударения”. Механизмы релаксации интенсивного моноэнергетичного пучка имеВ табл. 2 сравниваются значения порогового тока ют волновую природу и включаются при достижении развития гидродинамической неустойчивости [30] Ihd критического тока. Установлено, что процесс энергеи экспериментальные значения критического тока I.

тической релаксации пучка происходит на расстоянии Отдельно приведены длины изотропизации li (аналог L 5 и осуществляется в два этапа: этап изотропигидродинамической стадии [32]) и последующей релак- зации li при слабой релаксации по энергии и этап энерсации пучка по энергии к состоянию с платообразной гетической релаксации l к состоянию с платообразной ФРЭ l (аналог кинетической стадии), а также значе- ФРЭ.

ния плотностей энергии тепловых ntt и быстрых nПолученный экспериментально пороговый критерий электронов для различных режимов разряда. Видно, энергетической релаксации анизотропной функции расчто возрастание тока при постоянном давлении гелия пределения электронов носит универсальный характер приводит к росту концентрации тепловых электронов вне зависимости от причин порождающих анизотропию.

плазмы nt, уменьшению = и возрастанию пара- Исследования выполнены в плазме гелиевого низковольтного пучкового разряда. Однако все полученные метра l0/. Из сравнения экспериментальных данных результаты справедливы и могут быть использованы следует, что критический режим плазменно-пучковой для сравнительного анализа роли столкновительных и релаксации ФРЭ возникает только тогда, когда на длине коллективных взаимодействий в анизотропной плазме свободного пробега электронов укладывается более пяти других инертных газов.

длин ленгмюровских волн. Таким образом, соотношение l0/ 5 может служить пороговым критерием Автор признателен В.С. Литвиненко и Г.А. Дюжеву за энергетической релаксации пучка в бесстолкновительной поддержку и постоянный интерес к работе.

плазме.

Работа финансируется Федеральным фондом МиниНа рис. 12 представлена зависимость полной длины стерства образования, Проект-2000 ”Фундаментальные энергетической релаксации пучка L = li + l от длины исследования пучковой плазмы для решения проблем ленгмюровской волны. Видно, что в широком диапаохраны окружающей среды”.

зоне параметров величина L хорошо аппроксимируется линейной зависимостью L 5. Если длина разрядного промежутка d < L 5, то релаксация пучка по Список литературы энергии отсутствует.

Полученный результат был многократно подтвержден [1] Baksht F.G., Djuzhev G.A. et al. Thermionic Converters and Low-temperature Plasma. Washington: Dept. of Energy, 1978.

при исследовании плазменных объектов с различной при[2] Djuzhev G.A. et al. // Proc. 3rd Intern. Conf. on Themionic родой анизотропии ФРЭ, в частности кинетической неElectrical Power Generation. 1972. Vol. 3. Julich. P. 1700– устойчивости распадающейся низкотемпературной плаз1718.

мы [39], при этом установленный нами пороговый кри[3] Дюжев Г.А. и др. // ЖТФ. 1971. Т. 41. Вып. 12. С. 2393– терий релаксации ФРЭ представлен в следующем виде:

2405.

t nt 1.7 · 1080eaNA. Таким образом, установленный [4] Дюжев Г.А. и др. // ЖТФ. 1971. Т. 41. Вып. 12. С. 2406– экспериментальный критерий энергетической релакса2411.

ции анизотропной функции распределения электронов [5] Бакшт Ф.Г., Колосов Б.И. и др. Математическое моделиносит универсальный характер независимо от причин рование процессов в низковольтном плазменно-пучковом порождающих анизотропию. разряде. М.: Энергоатомиздат, 1990.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Динамика электронных пучков в плазме [6] Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. // ЖТФ. 1987. Т. 57. С. 841–848. [35] Lapshin V.F., Mezentsev A.P., Mustafaev A.S. // Contr. Paper [7] Гуськов Ю.К., Кирющенко А.И. и др. // ЖТФ. 1973. Т. 43. XIX ICPIG. Belgrade, 1989. Vol. 4. P. 910.

С. 327–333. [36] Lapshin V.F., Mezentsev A.P., Mustafaev A.S. // Contr. Paper [8] Mustafaev A.S., Mezentsev A.P. // J. Phys. D. 1986. Vol. 19. XIX ICPIG. Belgrade, 1989. Vol. 2. P. 360.

P. L69–L73. [37] Лапшин В.Ф., Мезенцев А.П., Мустафаев А.С. // Письма [9] Lapshin V.F., Mezentsev A.P., Mustafaev A.S. // J. Phys. D. в ЖТФ. 1989. Т. 15. Вып. 6. С. 54–58.

1989. Vol. 22. P. 857–859. [38] Mustafaev A.S., Mezentsev A.P., Fedorov V.L. NATO ASI [10] Мустафаев А.С., Мезенцев А.П. и др. А.c. СССР. Series. B. Physics. Vol. 367. P. 531–545. New York: Plenum № 1185429. БИ. 1985. № 38. Publishing Corporation, 1998.

[11] Мустафаев А.С., Мезенцев А.П. и др. А.c. СССР. [39] Демидов В.И., Мустафаев А.С. и др. // ТВТ. 1989. T.27.

№ 1542316. БИ. 1990. № 5. № 4. С. 818–820.

[12] Каплан В.Б., Мустафаев А.С., Эндер А.Я. и др. // ЖТФ.

1977. Т. 47. С. 2068–2078.

[13] Мустафаев А.С., Марциновский А.М., Эндер А.Я. и др.

А.С. СССР. № 693472. БИ. 1979. № 39.

[14] Иванов А.А., Соболева Т.К. Неравновесная плазмохимия.

М.: Атомиздат, 1978.

[15] Babanin V.I., Mustafaev A.S., Ender A.Ya. et al. // Contr. Pap. Intern. Thermionic Convertion Specialists Meeting.

Eindhoven, 1975. N 10.6.

[16] Мустафаев А.С., Мезенцев А.П. и др. Плазменнопучковый низковольтный разряд — модель приэлектронного слоя низкотемперетурной плазмы. Л.: РТП ЛГИ, 1984. 67 с. (ВНТИЦ. № 02850038192).

[17] Демидов В.И., Мустафаев А.С. и др. // ЖТФ. 1989. Т. 59.

С. 55-61.

[18] Мустафаев А.С., Мезенцев А.П. и др. // ЖТФ. 1984. Т. 54.

С. 2153–2157.

[19] Лапшин В.Ф., Мустафаев А.С. // ЖТФ. 1989. Т. 59. C. 35– 45.

[20] Мустафаев А.С., Лапшин В.Ф., Мезенцев А.П. Процессы ионизации с участием возбужденных атомов / Под ред. Н.П. Пенкина, А.Н. Ключарева. Л.: ЛГУ, 1989. 193 с.

[21] Биберман Л.М., Воробьев В.С. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982. 375 с.

[22] Мак-Даниель И. Процессы столкновений в ионизированных газах. М.: Мир, 1967. 832 с.

[23] Deloche R., Monchicourt P., Chert M. et al. // Phys. Rev. A.

1976. Vol. 13, N 3. P. 1140–1176.

[24] Герасимов Г.Н., Старцев Г.П. // Опт. и спектр. 1974.

Вып. 5. С. 834–840.

[25] Девдариани А.З., Демидов В.И. и др. // ЖЭТФ. 1983. Т. 84.

Вып. 5. С. 1646–1653.

[26] Вайнштейн Л.А., Собельман И.И. и др. Сечения возбуждения атомов и ионов электронами. М.: Наука, 1973.

304 с.

[27] Baksht F.G., Lapshin V.F., Mustafaev A.S. // J. Phys. D. 1995.

Vol. 28. P. 694–700.

[28] Baksht F.G., Lapshin V.F., Mustafaev A.S. // J. Phys. D. 1995.

Vol. 28. P. 689–693.

[29] Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф., Мезенцев А.П., Мустафаев А.С. // Физика плазмы. 1991. Т. 17. С. 119–128.

[30] Цытович В.Н. Нелинейные эффекты в плазме. М.: Наука, 1967. 288 с.

[31] Иванов А.А. Физика сильнонеравновесной плазмы. М.:

Атомиздат, 1977. 352 с.

[32] Незлин М.В. Динамика пучков в плазме. М.: Энергомашиздат, 1982. 263 с.

[33] Веденов А.А., Велихов Е.П., Сагдеев Р.З. // Ядерный синтез. 1962. Т. 2. С. 465–475.

[34] Чураев Р.С., Агапов А.В. // Физика плазмы. 1980. Т. 6. № 2.

С. 422–429.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып.

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.