Исследование осевой структуры тлеющего разряда постоянного тока в азоте методом ленгмюровского зонда

Abstract

В данной работе методом ленгмюровского зонда исследованы осевые профили температуры электронов, потенциала, напряженности электрического поля и плотности плазмы тлеющего разряда постоянного тока в азоте при различных давлениях газа. Показано, что в отрицательном свечении напряженность электрического поля мала, а осевые профили плотности плазмы и температуры электронов имеют максимумы. Вблизи границы отрицательного свечения и темного фарадеевого пространства перечисленные выше профили достигают минимумов. В положительном столбе при низких давлениях газа наблюдаются страты, в то время как при более высоких давлениях газа (выше 0,5 Торр) он становится однородным. Обнаружено, что осевой профиль плотности плазмы в темном фарадеевом пространстве достигает максимума, который может превышать среднюю плотность плазмы в положительном столбе. Причиной повышенной ионизации в темном фарадеевом пространстве, по-видимому, является ступенчатая ионизация метастабильных молекул азота электронами, набравшими достаточную энергию в усиливающемся электрическом поле. Целесообразно относить темное фарадеево пространство не к катодным частям тлеющего разряда, а называть начальной (предварительной) фазой положительного столба.

This work studies with a Langmuir probe axial profiles of such plasma parameters as electron temperature, plasma potential and concentration of the direct current glow discharge in nitrogen for various gas pressure values. The electric field strength is shown to be small in the negative glow whereas axial profiles of plasma concentration and electron temperature possess maxima. These parameters approach their minima near the interface separating the negative glow and the dark Faraday space. The strata are observed in the positive column at low gas pressure whereas at higher pressure (above 0.5 Torr) the column becomes uniform. The axial profile of plasma concentration in the dark Faraday space is found to attain a maximum that may exceed the average plasma concentration in the positive column. Increased ionization in the dark Faraday space may be caused by a step-like ionization of metastable nitrogen molecules by electrons having acquired the sufficient energy in the increasing electric field. It is expedient not to relate the dark Faraday space to cathode parts of the glow discharge but regard this space as a starting (preliminary) form of the positive column.

У цій роботі методом ленгмюрівського зонда досліджено осьові профілі температури електронів, потенціалу, напружності електричного поля і густини плазми тліючого розряду постійного струму в азоті при різних тисках газу. Показано, що в негативному світінні напруженість електричного поля мала, а осьові профілі густини плазми і температури електронів мають максимуми. Поблизу межі негативного світіння і темного фарадеєвого простору перелічені вище профілі досягають мінімумів. У позитивному стовпі за низького тиску газу спостерігаються страти, в той час як при більш високому тиску газу (вище 0,5 Торр) він стає однорідним. Отримано, що осьовий профіль густини плазми в темному фарадеєвому просторі досягає максимуму, який може перевищувати середню густину плазми в позитивному стовпі. Причиною підвищеної іонізації в темному фарадеєвому просторі, мабуть, є ступінчаста іонізація метастабільних молекул азоту електронами, які набрали достатню енергію в електричному полі, що підсилюється. Доцільно віднести темний фарадеєвий простір не до катодних частин тліючого розряду, а називати початковою (попередньою) формою позитивного стовпа.