A* + e

Procesy elementarne w plazmie
Dysocjacja
Wymiana ładunku
Wzbudzenie atomu
Jonizacja atomu
Dysocjacja
Cząsteczka
gazu
H2
O2
NO
Wd
[eV]
4,48
5,08
6,48
Cząsteczka
gazu
N2
CO
CO2
Wd
9,76
11,11
16,56
WZBUDZENIE
A + A → A + A*
e + A → e + A*
WZBUDZENIE
j + A → j + A*
+
+
hγ > eφw
hγ+ A → A*
JONIZACJA
e + A → 2e + A+
A+ A → A+ + e
m e v e2
= hν − eϕ j
2
hγ > eφj
hγ+ A → A+ + e
ZDERZENIA II RODZAJU
A* + e → A+ + e (szybki)
Jonizacja kumulatywna (schodkowa lub stopniowa)
e + A → A* + e
e + A* → A+ + e + e
Energia jonizacji
Pierwiastek
H
H2
N
N2
O
O2
Jednokrotna Pierwiastek Dwukrotna
[eV]
[eV]
13,6
15,4
14,5
15,8
13,6
12,5
Ar
Kr
Xe
Ne
Li
K
15,7
14
12,1
21,6
5,39
5,14
Rekombinacja
dn = ρne n j dt
∆n
ρ= 2
ne
ρ – [m3/s]
∆n - liczba jonów
rekombinujących w 1s w 1 m3
REKOMBINACJA
Rekombinacja z emisją promieniowania
A* + e → A + hγ (10-14 – 10-13 cm3/s)
Rekombinacja ze wzbudzeniem
A+ + e → A** (10-12 cm3/s)
Rekombinacja dysocjacyjna
A+ + e → A* + A (10-8 cm3/s)
Stan równowagi termodynamicznej
długości czasu swobodnego przebiegu
między kolejnymi zderzeniami,
skuteczności przekazywania energii
Czas relaksacji
czas relaksacji – czas ustalenia się
równowagi termodynamicznej,
zderzenie elektron jon wodoru 1/1840,
czas relaksacji 43 razy dłuŜszy.
TEMPERATURA PLAZMY
Brak równowagi
termodynamicznej
Równowaga
termodynamiczna
Ustalona temperatura
elektronów
Brak pojęcia
temperatury
RóŜna temperatura
elektronów i jonów
0
τe
τj
τ ej
Określona temperatura
plazmy
t [s]
TEMPERATURA PLAZMY
t <τe
Nie istnieje pojęcie temperatury.
τe < t <τ j
MoŜna mówić tylko o temperaturze elektronów.
τ j < t < τ ej
t > τ ej
Są dwie róŜne temperatury elektronów i jonów.
Jest jedna określona temperatura plazmy.
PLAZMA IZOTERMICZNA
W = Wtrn + Wint
Wint = Wrot + Wosc + We
1
1 2 1
3
3
3
2
2
meve + mjvj + movo = kTe + kTj + kTo
2
2
2
2
2
2
Te = Tj = To
PLAZMA IZOTERMICZNA
Równanie Saha
3
2
n e n j g e g j  2 π m e kT  − eu j
kT
=
e


no
go 
h2

ENERGIA ELEKTRONÓW I JONÓW
W POLU ELEKTRYCZNYM
W j = Eqλ j
E
-
1 2
λ j = a jt
2
Fj = E j q j = m j a j
Eq
aj =
mj
1 Eq 2 (Eqt )
Wj = Eq
t =
2 mj
2m j
Fe = Eq= meae
+-
2
( Eqt )
We =
2me
2
ROZKŁAD PO ENERGII CZĄSTEK
NAŁADOWANYCH W POLU ELEKTRYCZNYM
Temperatura
PLAZMA NIERÓWNOWAGOWA
Tg
Te
Tj
10-1
101
102
Ciśnienie [Pa]
104
106