|
Плазма
В газоразрядных источниках света
излучателем является плазма - ионизированный квазинейтральный газ. Плазма возникает, если
температура газа достаточно велика для того, чтобы среди его частиц было много таких,
энергия движения которых сравнима с энергией ионизации и химической связи. В подобном случае в
результате столкновений достаточно часто происходят процессы диссоциации и ионизации.
Это приводит к появлению в газе, наряду с нейтральными атомами и молекулами,
свободных электрических зарядов, в равном количестве положительных и отрицательных
(ионов и электронов), что обеспечивает его электропроводность.
Джоулево тепло, выделяемое при прохождении электрического тока,
поддерживает высокую температуру газа, необходимую для возбуждения свечения плазмы в таких
источниках, как дуга и искра. По мере увеличения температуры степень ионизации газа возрастает и,
помимо однократно ионизованных, появляются двух- и трехкратно ионизованные атомы.
Таким образом, реальная плазма представляет собой ансамбль, состоящий из разнородных
частиц - молекул, атомов, ионов и электронов.
Кроме процессов, требующих подвода энергии, в плазме отмечаются процессы дезактивации возбужденных состояний, рекомбинации электронов, ионов и атомов.
Данные процессы могут происходить как в результате тройных соударений и ударов второго рода,
так и в результате отдачи энергии в виде квантов излучения. Этим объясняется излучение плазмы в
спектральных линиях и непрерывном спектре. Условно в качестве границы плазмы можно принять
состояние газа со степенью ионизации, при которой столкновения заряженных частиц
(кулоновские взаимодействия) играют заметную роль по сравнению со столкновениями нейтральных частиц.
Требование квазинейтральности накладывает ограничение на геометрические
размеры плазмы: они должны быть существенно больше среднего расстояния между частицами.
С макроскопической точки зрения плазма в большей или меньшей степени неоднородна по объему.
Характер ее излучения связан с существованием большого числа элементарных процессов,
определяющих заселенности энергетических состояний молекул у атомов, ионов.
Излучение, возникающее в единичном объеме плазмы, может поглощаться в этом же объеме или в
соседних зонах. Вследствие многообразия процессов, протекающих в пространственно - неоднородной
плазме, аналитическое описание реальной плазмы в общем случае весьма сложно.
Поэтому обычно рассматривают упрощенные модели плазмы, оговаривая затем, насколько реальная
плазма может быть близка к принятой модели.
Состояние реальной плазмы, находящейся при произвольном давлении, определяется:
а) концентрацией частиц всех сортов N (числом частиц в единице объема);
б) их функциями распределения по скоростям Ni(n);
в) заселенностью возбужденных уровней Nk (числом частиц в единице объема, возбужденных в состоянии k );
г) пространственным распределением этих величин.
Получить информацию обо всех перечисленных характеристиках чрезвычайно трудно, так как теоретические исследования состояния плазмы требуют составления и решения системы уравнений, связывающих указанные величины с внешними условиями.
|
