 |
|
Виды газовых электрических разрядов
Способы получения и устойчивого поддержания плазмы
В лабораторных условиях плазма может быть получена разными способами:
а) термическим (нагревом вещества);
б) воздействием ионизирующих излучений различных видов (рентгеновское, УФ, лазерное, электронное, ИК и др.);
в) электрическим разрядом;
г) ионизацией с помощью ударных волн и т. д.
Способ создания плазмы путем обычного нагрева вещества – не самый распространенный. Чтобы получить термическим путем полную ионизацию плазмы большинства газов, нужно нагреть их до температур в десятки и даже сотни тысяч градусов. Только в парах щелочных металлов (таких, например, как калий, натрий или цезий) электрическую проводимость газа можно заметить уже при 2000–3000° С, это связано с тем, что в атомах одновалентных щелочных металлов электрон внешней оболочки гораздо слабее связан с ядром, чем в атомах других элементов периодической системы элементов (т.е. обладает более низкой энергией ионизации). В таких газах при указанных выше температурах число частиц, энергия которых выше порога ионизации, оказывается достаточным для создания слабоионизованной плазмы.
Общепринятым способом получения и поддержания низкотемпературной плазмы в технологических плазменных устройствах является использование электрического газового разряда.
Виды газовых электрических разрядов
Газовый разряд представляет собой газовый промежуток, к которому приложена разность потенциалов. В промежутке образуются заряженные частицы, которые движутся в электрическом поле, т.е. создают ток.
Для поддержания тока в плазме нужно, чтобы отрицательный электрод (катод) испускал в плазму электроны. Эмиссию электронов с катода можно обеспечивать различными способами, например нагреванием катода до достаточно высоких температур (термоэмиссия), либо облучением катода каким-либо коротковолновым излучением (рентгеновские лучи, УФ -излучение), способным выбивать электроны из металла (фотоэффект). Такой разряд, создаваемый внешними источниками, называется несамостоятельным.
Как правило в технологических устройствах электронной техники используется самостоятельный разряд. В этом случае процесс поддерживается внутренними источниками ионизации: столкновениями электронов с молекулами и атомами газа, процессами на катоде и т. д. Для перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный и обеспечения лавинного пробоя требуется начальная концентрация электронов neo, которая может быть получена либо за счет впрыска электронов (так называемый поджиг разряда), либо за счет остаточной ионизации. Поджиг разряда обычно обеспечивается каким-либо вспомогательным устройством, действующим в течение короткого начального отрезка времени. Остаточная ионизация обычно является следствием естественных процессов в газовой среде (например, за счет естественного фона радиоактивности).
Электрические разряды в газах, в результате которых образуется газоразрядная плазма, могут протекать различно в зависимости от условий и выбранных параметров (давление, состав газа, вкладываемая мощность, напряженность и частота электрического поля, сила тока, наличие и характеристики магнитных и электромагнитных полей, материал и состояние электродов и т.д.). При разных формах разряда вклад тех или иных элементарных процессов может быть совершенно различен. Разнообразен также и механизм пробоя газа, а существование разряда может поддерживаться не только при непосредственно контакте плазмы с электродами (электродный разряд), но и в отсутствие такого контакта (безэлектродный).
Можно выделить четыре типа газовых разрядов:
· тлеющий;
· дуговой;
· искровой;
· высокочастотный.
Для генерации низкотемпературной плазмы в технологических установках наиболее широко применяют дуговые разряды на постоянном и переменном токе, а также высокочастотный разряд. Реже используют тлеющий разряд на постоянном токе и импульсный разряд.