![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
С конденсованою фазою
Електростатична взаємодія між зарядженими частками в плазмі обмежується впливом об'ємного заряду навколо часток. Як було показано, поширення електростатичного потенціалу частки до рівня 0, 1 k не перевищує відстані рівної 4D від поверхні. Проте в експериментах виявлена взаємодія між частками на великих відстанях. Наприклад, на рис. 26 представлено мікрофотографію проби часток оксиду алюмінію, на якій відстань від поверхні великої частки до дрібних перевищує 8 D. У той же час радіальна функція розподілу (рис. 27) свідчить про далекий порядок взаємодії. Це дозволяє припустити, що в плазмі має місце інша взаємодія, що перевищує по відстані електростатичну. Розглянемо механізм утворення дальнодіючої взаємодії, який полягає в тому, що в околиці зарядженої частки виникає нерівноважна іонізація газу, що є наслідком рівноваги на границі частка – плазма і залежить від градієнта параметра нерівноважності Припустимо, що локальні збурювання в плазмі не поширюються на весь об'єм, а загасають у міру видалення від джерела збурювань. Тоді збурювання іонізаційної рівноваги, викликане процесами на границі розподілу фаз частка – плазма повинні загасати в міру видалення від частки. Дійсно, якщо частка є джерелом підвищеної іонізації плазми ( Однак параметр нерівноважності лінійно зв'язаний з потенціалом плазми. Звернемося до рівняння Пуассона. Помітимо, що усіма властивостями тривіального рішення рівняння Пуассона володіє будь-яка функція, що є рішенням рівняння Лапласа
при цьому скрізь, де вимірюване значення потенціалу не відрізняється від значення
Вимірюваний потенціал являє собою суму потенціалу плазми Тут же представлений розподіл концентрацій електронів і іонів. Як видно з графіків, шар просторового заряду не поширюється далі 3 мікрон від поверхні частки. Зміна вимірюваного потенціалу поза шаром просторового заряду не слід трактувати як електричне поле. Ця зміна викликана зміщенням іонізаційної рівноваги і зонд, що поміщається в плазму поза шаром просторового заряду, фіксує дане зміщення. Під терміном «вимірюваний потенціал» ми розуміємо різницю показань зонда, поміщеного у вимірюване середовище і зонда, що знаходиться в електронейтральній плазмі. Зрозуміло, що зонд у плазмі здобуває власний потенціал і сам є джерелом збурювань.
Рис. 28. Вимірюване значення електричного потенціалу з урахуванням просторової зміни потенціалу плазми.
Однак, виходячи з ідентичності хімічного складу зонда і плазми в першому і в другому випадках, ми можемо вважати однаковими внесені збурювання. Різниця показань цих двох зондів, що не залежить від внесених зондом збурювань, ми і називаємо вимірюваним потенціалом. Тобто вимірюваний потенціал це те, що ми можемо вимірити в ідеальному випадку. Подібні явища необхідно обов'язково враховувати при порівнянні результатів експериментів з теоретичними розрахунками. Оскільки параметр нерівноважності Агломерація часток конденсованої фази в термічній плазмі відбувається під впливом сил, що діють на них. Як уже вказувалося, якщо відстань між частками перевищує 8 дебаевских довжин, що відповідає Перенос імпульсу на одиницю поверхні частки можна визначити за традиційною методикою:
де довжина вільного пробігу
Через те, що
Звідси випливає, що з урахуванням вираження для концентрації іонів, поверхнева щільність сили може бути представлена у виді:
Використуємо значення напруженості поля на поверхні частки
яка визначає залежність щільності сили від кутів Отже, якщо врахувати, що
при рівномірному розподілі часток еквіпотенціальні поля розташовані симетрично і амплітуда сил взаємодії між частками однакова. При зміщенні однієї з часток щодо положення рівноваги градієнт параметра нерівноважності змінюється і, як показано в даному випадку, сила тиску іонів збільшується, а сила тиску на інші частки одночасно зменшується. Результуюча сила взаємодії обраної частки з центральної зростає і частки зближаються. Відзначимо, що відповідно до рис. 28 при зближенні часток до відстаней менших дебаївської довжини з'являються сили електростатичного відштовхування, тому агломерація часток залежить від співвідношення цих і інших сил, що діють на частку. Таким чином, на підставі вищевикладеного можна представити наступний механізм взаємодії зарядженої конденсованої частки з плазмою. Збурювання, внесені часткою в плазму обумовлені появою нових каналів іонізації і рекомбінації газової фази. У термічній газовій плазмі причиною іонізації атомів є зіткнення між атомами, іонами й електронами. У рівновазі процес іонізації компенсується процесом електрон-іонної рекомбінації. При додаванні в газову плазму часток з'являються додаткові канали іонізації і рекомбінації, що порушує рівновагу. Обмін електронами через границю розподілу фаз приводить до виникнення потенційного бар'єра Наявність просторової неоднорідності ступеня іонізації плазми обумовлює виникнення термодинамічних сил, що виходять далеко за межі шару просторового заряду, що приводять до взаємодії часток один з одним на великих відстанях і можуть бути причиною їхньої агломерації. Розрахунок потенціалу поверхні і параметра нерівноважності мікронної частки оксиду алюмінію, що знаходиться в цезієвій плазмі при умовах експерименту дає наступні значення Звідси видно, що на поверхні дрібних і великих часток потенціал плазми, а отже, і параметр нерівноважності мають не тільки різну величину, але і різний знак. Це означає різний напрямок зміщення іонізаційної рівноваги біля поверхні мікронної і субмікронної часток: у поверхні мікронної частки ступінь іонізації плазми зменшується, у той час як у поверхні субмікронної частки ступінь іонізації росте стосовно рівноважного значення. Розподіл концентрацій електронів і іонів між частками представлене на рис.30. У кожній точці між частками ступінь
Рис. 29. Розподіл потенціалу між мікронною (ліворуч) і субмікронної (праворуч) частками: 1 – дебаївський потенціал, 2 – потенціал плазми, 3 – повний потенціал.
Рис.30. Розподіл концентрації електронів і іонів.
іонізації є результатом спільного збурювання, внесеного всіма частками. А, тому що загасання збурювання пропорційно Сила, обумовлена неоднорідністю іонізації плазми, залежить від градієнта параметра нерівноважностів поверхні частки:
Обчислення дають наступні значення Аналогічні обчислення, проведені для ланцюжка мікронних часток, демонструють тенденцію до зближення. Розглянемо, наприклад, ланцюжок із трьох мікронних часток, причому нехай відстань між лівою і центральною часткою складає 4 мікрони, а між правою і центральний – 6 мікрон. Параметр
Взаємодія такого роду визначено експериментально, де в тліючому розряді в повітрі при тисках 1.3-13 Па зафіксоване притягання тонких діелектричних і металевих плівок, що ростає зі збільшення розрядного струму. Таким чином, дальнодіюча взаємодія конденсованих часток у термічній плазмі може бути пояснена наявністю іонного тиску, що виникає в результаті неоднорідності ступеня іонізації плазми в околиці заряджених конденсованих часток.
|