Файл: Малкин, О. А. Импульсный ток и релаксация в газе.pdf

концентрация электронов не снижается ниже ІО15 см~й и Vее '/У беаѵеа, что обеспечивает наличие максвелловской ФРЭ. Выражение для коэффициента рекомбинации имеет вид [см. формулу (5.35)]:

вес основного состояния водорода. Вследствие больших концентрации электронов интенсивности столкновнтельных и излучательных процессов выравниваются при » л; <S[ — to'*, т. е. между основным и резонансным уровнями в течение всего распада. Поэтому излучение не влияет на скорость прохождения рекомбинирующими электронами группы возбужденных уровней с к ^ 2. Влияние излуче­ ния может сказаться лишь на скорости переходов (к ^2 )—> \. Однако своеобразие рассматриваемой водородной плазмы заключается в том, что самопоглощеппе резонансных линий мало воздействует на интенсивность элементарных процес­ сов из-за малой концентрации поглощающих частиц при высоких температурах. Действительно, при Г Р^ : 2 - 1 0 4ОК концентрация атомов водорода в основном состоянии не превышает % ІО14 см~3. Поэтому коэффициент поглоще­ ния, оцененный для допплеровской формы контура цент­ ральной части резонансной линии, составляет всего 0,5 с,»-1

жизни резонансного уровня увеличивается в 1/'Ѳ21лг 102 — -т- ІО3 раз, где Ѳ21—вероятность вылета резонансного фотона

характеризующая соотношение между излучательными и столкновительньши процессами, практически остается рав­ ной единице. Следовательно, теоретические данные свиде­ тельствуют о пренебрежимо малом влиянии излучения на коэффициент рекомбинации, который выражается в общем случае формулой

«Р 1 = («г ГД)“1 + а ^ х (£r IkTe).

.252

Напомним, что а 2 — коэффициент рекомбинации, учиты­ вающий прохождение электронами совокупности возбуж­ денных уровней с к > 2; %{<ßRlkT e) — табулированная функция, фактор учета радиационных переходов между уровнями с к > 2. Таким образом, в условиях наших опы­ тов a « at и определяется столкновительными перехо­ дами между резонансным и основным состояниями.

Для определения плотности атомов водорода в основ­ ном состоянии пу использовали измерения общего давления

Рис. 6.15. Осциллограмма общего давления плазмы водо­

рода при протекании импульса тока (іСт = 4 ка-см~2; р„= = 10 торр; одно большое дел. — 20 мксек).

плазмы (см. рис. 6.15). Методом, описанным в § 1.3, для каждого момента времени вычисляли концентрацию тяже­ лых частиц, а затем с учетом статсуммы 2 а находили %*.

В табл. 6.1 и на рис. 6.16 приведены основные результа­ ты расчетов. Видно, что вклад ионизации становится менее 20% только при t> 20 мксек, когда температура электронов снижается менее 2-104°К. Следовательно, с погрешностью, меньшей 30% можно определить коэффициент рекомбина­ ции а р непосредственно из опытных данных по пе (t) при помощи формулы а р = пё3 (clnjdl). Для і от 5 до 15 мксек

* Вследствие возможной недозаселеииости основного состояния атома водорода при высоких Те по сравнению с равновесной вели­ чиной подобный расчет дает верхнюю оценку пг.

253

О б о з н а ч е н и е . Ал = А- 10,г.

значение aPg вычислено с учетом рассчитанного по теории МДП ионизационного члена по формуле

Погрешность определения ара оценивали коэффициентом 2—3. Сравнивая значения коэффициента рекомбинации

\

та рекомбинации сильноионизовашіой плазмы водорода:

по измерениям настоящей работы.

аРз, полученные из опыта, с рассчитанными по теории МДП

[279—281] и с детальными расчетами Бейтса [133], можно сделать следующие выводы. В области высоких пе и Тс в начальных стадиях распада опытные значения аРа (пересчи-

255

тайные к виду а"рэ = аРдііе) в целом согласуются с резуль­ татами теоретических расчетов Бейтса. Завышение с<рэ над теоретическим коэффициентом рекомбинации для оптичес­

ретпческпх расчетах. Авторы работы [133] отмечали, что при высоких Т е расчеты должны давать заниженные значе­ ния сер, если интенсивность столкновительных процессов выше, чем излучательных. В исследуемой сильноионизованной плазме водорода JCT/Jn3 « 1024-103. При Ге < 1,5 х X 104°К величина ар практически совпадает с теоретической для оптически плотной плазмы. Это свидетельствует о влия­

По-видимому, здесь плазма водорода перестает быть проз­ рачной для резонансного излучения. Вследствие удержания лучистой энергии, ранее выходившей за пределы плазмен­ ного объема, распад замедляется по сравнению с его ин­ тенсивностью в прозрачном газе, что и приводит к сниже­ нию коэффициента рекомбинации. Сравнение с результата­ ми измерений работы [295], в которой получены более высо­ кие значения коэффициента рекомбинации, позволяет пред­ ложить, что вследствие трудностей расчета пх (/) в работе [295] допущено завышение вклада ионизации*, что при дан­ ной измеренной величине dnjdt дает слишком большие зна­ чения а р.

Проделанный расчет параметров распадающейся водород­ ной плазмы не только позволил установить факт совпаде­ ния опыта с теорией при параметрах плазмы, ранее не ис­

ристики элементарных процессов в силы-юионизоваином водороде. В частности, установлено, что лимитирующей областью энергий для скорости рекомбинации является область между основным и первым возбужденным состоя­ ниями; что излучение может влиять на интенсивность реком­ бинации только для резонансных переходов лишь во вто­

* Возможной причиной завышения интенсивности ионизации является слишком большая плотность %, которую авторы [295] счи­ тали возрастающей за счет снижения пе. Тем самым полагали, что

все рекомбинирующие электроны сразу оказываются в основном состоянии, что противоречит современным представлениям о пре­ обладающей роли ступенчатых процессов.

256

рой, низкотемпературной части распада; что основным ме­ ханизмом обеднения континуума свободных электронов служит трехчастичная рекомбинация в присутствии электро­ на, а пополнение континуума осуществляется столкновительным потоком электронов снизу через возбужденные со­ стояния с учетом влияния увеличенного времени жизни ре­ зонансного уровня из-за самопоглощения во второй части распада плазмы.

Как известно, расчеты Бейтса и др. [133] строго приме­ нимы лишь для плазмы водорода и водородоподобных ионов с соответствующим учетом заряда иона. Представляет ин­ терес сравнить с теорией коэффициент рекомбинации водо­ родоподобного иона НеШ , который можно вычислить из экспериментальных данных по методу, предложенному в работе [292]. Коэффициент рекомбинации выражается фор­ мулой:

спектральной линии иона Hell и температуры электронов; <о'к — энергия возбуждения ■выбранной линии иона Hell, измеряемая от границы его ионизации. Результаты расчета ацепі по полученным опытным данным распада гелия (линия Hell 4686) представлены на рис. 6.17. Можно отме­ тить качественное совпадение опытных данных с расчетами Бейтса [133] для оптически тонкой плазмы с учетом заряда иона H ell, однако величины аНепі примерно в три раза меньше расчетных. Это -указывает на возможное влияние самопоглощения резонансного излучения иона H ell. Полу­ ченные нами значения анеііі хорошо совпадают с резуль­ татами опытов [292].

Для выяснения возможного соотношения между темпе­ ратурами электронов и тяжелых частиц при распаде сильноионизованной плазмы рассмотрим баланс энергии элек­ тронов после обрыва тока. После деления на !гпе обеих час­

257