Влияние пространственного заряда в газоразрядной плазме на устойчивость баланса частиц и токовую составляющую напряженности электрического поля

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.