А.С. Банковский – к.ф-м.н., доцент,  кафедра «Электронные приборы и устройства», 

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. E-mail: alexm@sstu.ru

А.А. Захаров – д.т.н., профессор,  кафедра «Электронные приборы и устройства», 

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

E-mail: zaharov@sstu.ru 

А.А. Потапов – аспирант,  кафедра «Электронные приборы и устройства», 

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

E-mail: potapov_andrey13@mail.ru 

А.А. Швачко – к.т.н., доцент,  кафедра «Электронные приборы и устройства», 

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. E-mail: alexandr1899@gmail.com

Постановка проблемы. Пространственный заряд в газоразрядной плазме может приводить к изменению физических свойств соответствующих электронных приборов, в частности, к временной нестабильности их параметров. В приборах с малыми поперечными размерами поле поверхностного заряда, существенно влияющее на величину объемного заряда в плазме, может влиять на токопрохождение квазинейтральной плазмы, изменяя величину компоненты электрического поля, обеспечивающую электрический ток прибора. Знание аналитических зависимостей распределения пространственного заряда в определенных режимах протекания тока позволит детально оценить его влияние на физические свойства таких плазменных устройств.

Цель. Получить и проанализировать аналитические выражения для величины пространственного заряда в ограниченной плоской и цилиндрической моделях плазмы, в которой осуществляется режим амбиполярной диффузии частиц к стенкам, а также определить критерий устойчивости плазмы с учетом ее пространственного заряда и оценить влияние пространственного заряда на баланс энергии электронов.

Результаты. Получены критерии малости пространственного заряда в плоской и цилиндрической плазме при различных граничных условиях. Показано, что пространственный заряд всегда приводит к снижению устойчивости плазмы за счет возрастания ионизации и уменьшения диффузионного расплывания разряда. В результате анализа влияния пространственного заряда на энергетику плазмы установлено, что величина продольного электрического поля, обеспечивающего ток разряда, с ростом величины пространственного разряда возрастает. Получен критерий, при котором такое влияние существенно.

Практическая значимость. Результаты расчета позволяют оценить влияние пространственного заряда на свойства газоразрядных приборов с малыми поперечными размерами.

Банковский А.С., Захаров А.А., Потапов А.А., Швачко А.А. Влияние пространственного заряда в газоразрядной плазме на устойчивость баланса частиц и токовую составляющую напряженности электрического поля //  Радиотехника. 2020. Т. 84. № 7(14). С. 50−58. DOI: 10.18127/j00338486-202007(14)-07.

1. Голант В. Е., Жилинский А. П., Сахаров И. Е. Основы физики плазмы. СПб: Лань. 2011. 448 с. DOI: 10/1364/AO.20.001360.
2. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. М.: Наука. 1971. 543 с.
3. Taccogna F., Dilecce G. Non-equilibrium in low-temperature plasmas // The European Physical Journal D. 2016. V. 70. № 11.  P. 37. DOI: 10.1140/epjd/e2016-70474-0.
4. Gohain M., Karmakar P.K. Evolutionary Sheath Structure in Magnetized Collisionless Plasma with Electron Inertia // Plasma Physics Reports. 2017. V. 43. № 9. P. 957–968. DOI: 10.1134/ S1063780X1709.
5. Медведев А.Э. Перенос плазмы в условиях протекающего тока // Известия вузов. Сер. Физика. 2012. Т. 55. № 4. С. 44−47.
6. Банковский А.С., Галилеев С.В., Захаров А.А., Светлаков В.М. Баланс заряженных частиц диффузионной плазмы в поперечном магнитном поле // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2008)». Саратов: СГТУ. 2008. С. 399−404. 
7. Банковский А.С., Захаров А.А., Иванова А.А. Электрофизические свойства плоской газоразрядной плазмы, ограниченной диэлектрическими стенками // Радиотехника. 2015. № 7. С. 48−53.
8. Банковский А.С., Захаров А.А., Потапов А.А. Распределение пространственного заряда в замагниченной газоразрядной плазме, ограниченной плоскими диэлектрическими стенками // Радиотехника. 2018. № 8. С. 95−100.  DOI: 10/18127/j00338486-201808-19.
9. Михайловский А. Б. Электромагнитные неустойчивости неоднородной плазмы. М.: Энергоатомиздат. 1991. 350 с.
10. Банковский А.С., Иванов В.В, Кулакова В.И. Газоразрядные магнитооптические преобразователи для измерения составляющих магнитной индукции // Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1989. Вып. 1. № 124. С. 37−39.