Введення
Мета роботи - експериментальне дослідженняпараметрів плази ємнісного високочастотного розряду (ЕВЧР).
Завдання:
- вивчити літературу по газовому розряду;
- провести спостереження та експерименти повизначення параметрів плазми ЕВЧР;
Об'єктом дослідження є ЕВЧР в повітрі, аргоні.
Предметом дослідження є параметри плазми тліючогорозряду.
Дана робота складається з вступу, двох розділів,укладення.
У першому розділі викладені теоретичні відомості проелектричному розряді в газах і докладно про ємнісному високочастотному розряді.Викладена теорія методу зондів Ленгмюра.
У другому розділі розповідається про опис експериментальноїустановки, побудові кривих Пашена для різних газів при різних частотах, визначенніпараметрів плазми (електронної температури, концентрації та рухливостіпозитивних іонів), знаходження стрибків потенціалу в приелектродному шаріпросторового розряду в аргоні безконтактним методом.
Актуальність дослідження. Незважаючи на трьохсотрічнуісторію вивчення газового розряду і його широке застосування, поки ще нестворена остаточна теорія розряду, що включає в себе всі види, результатиякої задовільно збігалися б з експериментальними фактами. Томубудь уточнююче дослідження дає свій вклад в розвиток цього напряму.
Історична довідка
Сама назва розряд походить від назвиповільно протікає процесу втрати заряду зарядженими металевими тілами,розташованими на підставці з ізолятора.
Кулон довів, що заряд стікає з провідникачерез повітря, тобто має місце газовий розряд. Розряд при низьких тискахповітря відкрив і дослідив Фарадей - цей розряд став відомий як тліючий. В кінці XIX століття дослідженняпровідності розріджених газ
ів привело Дж. Дж. Томсона до відкриття першоїелементарної частки - електрона, а подальші дослідження фізики газовогорозряду в чому послужили експериментальною основою атомної та квантовоїфізики [14].
Засновником фізики газового розряду єТаунсенд, що створив теорію пробою газу і встановив закономірності іонізації.Вельми значний внесок у фізику газового розряду був внесений Ленгмюра,який ввів фундаментальне поняття - плазма, а також розвинув методидослідження плазми, зокрема, метод зондів.
Сучасна фізика термін газовий розрядвизначає не тільки як процес протікання струму через газ, але і будь-який процесвиникнення іонізації газу під дією прикладеного електричного поля.При цьому полі може бути не тільки постійним у часі, але й бистропеременних- Високочастотним (ВЧ-розряд), надвисокочастотним (НВЧ-розряд) і навітьоптичного діапазону (оптичний розряд). Останнім часом був відкритийпучково-плазмовий розряд, загоряється при проходженні електронного пучкачерез газ малої щільності внаслідок виникнення в такій системі плазмовихколивань НВЧ-діапазону [13].
1. Ємнісної високочастотний розряд
1.1 Загальні відомості про газовому розряді
У звичайних умовах повітря й інші гази є хорошимиізоляторами. Якщо взяти два металевих електрода, розділених між собоюневеликим повітряним проміжком, і підключити їх до джерела струму, то ланцюгвиявиться розімкнутої, але якщо в повітряному проміжку є заряджені частинки- Іони і електрони, то під дією електричного поля вони рухаються доелектродів.
Заряджені частинки можуть утворюватися внаслідок фотоефекту приосвітленні електродів ультрафіолетовим світлом, при проходженні через повітрянийпроміжок рентгенівських або космічних променів і т.д. Проходження струму черезпроміжок між електродами відбувається тільки в присутності джерела,викликає появу заряджених частинок. Такий розряд називається несамостійним . Він припиняється, коли прибирають джерело іонізації [8].
При достатньо високій напрузі на електродах виникає самостійний газовий розряд. Під дією електричного поля між електродамизаряджені частинки в повітряному проміжку набувають значну кінетичнуенергію, яку передають при пружних зіткненнях молекул газу, а також електродів.В результаті за рахунок енергії джерела струму відбувається розігрівання газу іелектродів. Число заряджених частинок в повітряному проміжку починає різкозростати за рахунок іонізації атомів і молекул і емісії заряджених частинок зелектродів. Розпочатий газовий розряд сам підтримує себе і не потребуєзовнішніх джерелах іонізації. Газ, що має високу температуру і складається ззаряджених і нейтральних частинок, називається плазмою . При самостійномугазовому розряді між електродами завжди утворюється плазма.
Для виникнення газового розряду досить прикласти доелектродів висока напруга. Для пробою повітряного проміжку в декількаміліметрів потрібно напруга близько 10 кВ . пробійна напруга приатмосферному тиску зростає із зростанням ширини проміжку. Залежить воно також відформи електродів. Проміжок між загостреними електродами пробивається прибільш низькій напрузі, ніж проміжок між плоскими електродами [6].
1.2 Тліючий розряд
Тліючий розряд - це самопідтримуючий розряд з холодним катодом , що випускає електрони в результаті вторинної емісії , головнимчином під дією позитивних іонів [7].
ємніснийрозряд Ленгмюр зонд
Рис. 1. Тліючий розряд
Його відмітною ознакою є існування поблизу катодашару визначеної товщини з великим позитивним об'ємним зарядом, сильнимполем біля поверхні і значним падінням потенціалу 100-400 В і більше. Вононазивається катодним падінням . Товщина шару катодного падіння назадпропорційна щільності або тиску газу. Якщо межелектродное відстаньдосить велике, між катодним шаром і анодом утворюєтьсяелектронейтральності плазмова область, де поле відносно невелика.Серединну, однорідну частину її називають позитивним стовпом . Від анодавін відокремлюється анодним шаром .
Позитивний стовп тліючого розряду постійного струму - найбільшяскраво виражений і поширений приклад слабо іонізованій нерівноважноїплазми , яка підтримується електричним полем. На відміну відкатодного шару, без якого тліючий розряд існувати не може,позитивний стовп не є його невід'ємною частиною. Якщо в результатіосвіти катодного шару проміжок між електродами виявляється вичерпаним,стовпа немає. Але якщо не вистачає відстані на формування належного катодногошару, тліючий розряд не загоряється.
1.3 Способи збудження високочастотних розрядів
Підвисокочастотним (ВЧ) зазвичай розуміють використовуваний в розрядної практиці діапазончастот f= О©/2ПЂ ~ 1 Г· 100 МГц. Всі види ВЧ розрядів можнарозбити на дві великі групи, що розрізняються способами збудження ВЧ поля врозрядному об'ємі: індукційні та ємнісні [8].
Індукційніметоди засновані на використанні явища електромагнітної індукції, в результатічого лінії порушеної електричного поля виявляються замкнутими, а самеполе - вихровим. При ємнісному способі ВЧ напруга від генератора подається наелектроди, лінії електричного поля починаються і закінчуються на них, а полеє з великим ступенем точності потенційним.
Проста і найбільш поширена схемаіндукційного розряду показана на рис. 1.а.
а) б) в) г)д)
Рис. 1 Основні схеми збудженняіндукційного (а) і ємнісних (б-д) розрядів: б - з плоскими оголенимиелектродами; в-з плоскими ізольованими електродами; г - електроди винесені замежі розрядної камери; д - одноелектродні розряд (другим В«електродомВ»служить земля).
Через котушку-соленоїд, яка може складатися зкількох або навіть одного витка, пропускають вироблюваний генератором ВЧ струм.Магнітне поле струму, також змінне, всередині котушки направлено вздовж її осі.Під його дією всередині індукується кільцеве електричне поле, замкнутілінії якого...
