Наука, 1982.
В книге впервые освещен широкий круг вопросов кинетики неравновесной низкотемпературной плазмы. Приводятся данные о столкновительных и радиационных элементарных процессах. Рассмотрен радиационный перенос возбуждения. Обсуждаются критерии равновесия в различных экспериментальных условиях. Описаны неравновесные распределения атомов по уровням и электронов по энергиям. Излагаются методы расчета коэффициентов ионизации и рекомбинации. Обсуждаются нестационарные процессы. Рассмотрены некоторые вопросы кинетики в молекулярной плазме. Книга рассчитана на научных работников и инженеров, работающих в областях физики и химии плазмы, электрического разряда в газах,'физической электроники, а также на аспирантов и студентов старших курсов физико-технических специальностей. Ил. 128. Табл. 44. Библиогр. 490 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первые исследования плазмы были связаны с изучением электрического разряда в газах. В центре внимания физиков находилась частично ионизованная плазма, кинетика которой определяется разнообразными столкновительными и радиационными процессами. Такая направленность исследований в значительной мере определялась актуальными для того времени практическими задачами — созданием газоразрядных источников света, выпрямителей, инверторов.
С начала пятидесятых годов интерес к физике плазмы резко возрос. В первую очередь это относится к исследованию полностью ионизованной плазмы с ее разнообразными коллективными явлениями, неустойчивостями, интересными и подчас неожиданными эффектами, связанными с распространением в такой плазме электромагнитных волн, воздействием на нее внешних электрических и магнитных полей. Интерес к горячей плазме стимулиро-пался не только разнообразием и новизной физических процессов и явлений, но также задачами, возникающими в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза.
Появление в начале шестидесятых годов новых технических направлений, таких, как газоразрядные лазеры, магнитогидро-дцнамические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, плазмохимия, плазменные движители, различные методы плазменной технологии и др., возродили интерес к слабоионизованной низкотемпературной плазме. В первую очередь это относится к неравновесной плазме, отличающейся чрезвычайным разнообразием состояний и свойств. Именно в слабоионизованной неравновесной плазме создается инверсная заселенность возбужденных состояний атомов и ионов, достигается высокая электропроводность низкоэнтальпийных потоков газа, необходимая для установок прямого преобразования энергии, реализуется избирательное возбуждение отдельных состояний атомов, обеспечивающее эффективность плазмохимических реакций. Большой физический интерес представляют специфические колебания и неустойчивости, возникающие в неравновесной низкотемпературной плазме.
Кинетика низкотемпературной плазмы определяется совокупностью большого числа элементарных процессов, среди которых отметим неупругие столкновения электронов с возбужденными и невозбужденными атомами, неупругие столкновения атомов " ионов, процессы ассоциативной ионизации и диссоциативной рекомбинации и многие другие, отсутствующие или малосущественные в гоРячей цлазме. Значительная роль принадлежит
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................ *
Глава первая
Низкотемпературная плазма. Общие сведения............ &
1.1. Квазинейтральность. Дебаевское экранирование........ 6
1.2. Идеальная плазма...................... ^
1.3. Равновесная плазма..................... 9
1.4. Локальное термодинамическое равновесие. Элементарные процессы ......................... ... 11
1.5. Особенности явлений переноса................ 13
1.6. Неравновесные низкотемпературная и высокотемпературная плазмы............................ 16
Глава вторая
Элементарные процессы в низкотемпературной плазме....... 19
2.1. Упругие столкновения.................... 19
2.2. Неупруги столкновения электронов с атомами, ионами и молекулами ........................... 22
2.3. Неупругие столкновения с тяжелыми частицами....... 44
2.4. Элементарные радиационные процессы............ 59
2.5. Средняя энергия, передаваемая атому при столкновениях ... 66
Глава третья
Радиационный перенос возбуждения................. 74
3.1. Основные особенности радиационного переноса возбуждения 74
3.2. Уравнение радиационного переноса возбуждения...... 77
3.3. Приближенный метод эффективного времени жизни...... 80
3.4. Радиационный перенос возбуждения в неоднородной среде ... 84
3.5. Границы применимости теории................ 89
Глава четвертая
Критерий возникновения неравновесных состояний......... 91
4.1. Критерий отрыва температуры электронов........... 92
4.2. Критерий равновесной ионизации и равновесного распределения атомов по уровням..................... 96
4.3. Критерии нарушения максвелловского распределения...... 109
373
Глава пятая
Кинетика заселения возбужденных состояний............ 114
5.1. Качественная картина распределения населенностей в неравновесной плазме........................ 114
5.2. Система кинетических уравнения баланса для населенностей возбужденных состояний................... 118
5.3. Численные методы решения кинетической системы уравнений
для населенностей....................., 122
5.4. Диффузионное приближение................• 125
5.5. Дискретные методы и модифицированное диффузионное приближение .........................i 132
5.6. Сравнение населенностей, найденных аналитически, с данными расчетов на ЭВМ и с экспериментами............. 141
5.7. Влияние столкновений атом—атом на распределение населенностей ............................. 145
5.8. Учет источников возбужденных атомов в системе уравнений баланса........................... 147
5.9. Особенности ударно-радиационной кинетики в разреженной плазме.......................... 153
5.10. Некоторые приложения теории............... 157
Глава шестая
Кинетика ионизации и рекомбинации................ 164
6.1. Элементарная кинетика ионизации и рекомбинации....., 165
6.2. Основные уравнения кинетики ионизации к рекомбинации и результаты их численного решения............. 174
6.3. Коэффициенты ударно-радиационной рекомбинации в диффузионном и модифицированном диффузионном приближениях . . 183
6.4. Концентрация электронов в неравновесных стационарных условиях ............................. 205
Глава седьмая
Распределение электронов по энергиям и баланс энергии электронов 209
7.1. Кинетическое уравнение и баланс энергии электронов] . . . . , 210
7.2. Неупругие столкновения. Их влияние на баланс энергии электронов, частоту возбуждения и ионизации............ 222
7.3. Самосогласованные распределения электронов по энергиям и
атомов по возбужденным состояниям ............ 239
7.4. Распределение электронов по энергиям в сильном электрическом
поле . . ........................... 1™)
Г пава восьмая
Нестационарная неравновесная плазма ................ *
255
8.1. Критерии квазистационарности ............... *
8.2. Ионизационная релаксация ................. •
8.3. Излучение нестационарной плазмы.............. 273
8.4. Релаксация функции распределения.............. 276
8.5. Неустойчивости неравновесной плазмы во внешнем электрическом поле..... .................. 282
Глава девятая
Некоторые вопросы кинетики молекулярной плазмы.......... 293
9.1. Баланс энергии электронов................. 293
9.2. Функция распределения электронов по энергиям....... 299
9.3. Распределение молекул по колебательным уровням..... 304
9.4. Электрон-ионная рекомбинация в молекулярных газах..... 315
9.5. Некоторые вопросы кинетики атомно-молекулярной плазмы . . 324
Приложения............................ 348
Литература............................. 352
Цена: 300руб.
