magnetosféra komety zbytky po výbuchu supernovy formování hvězdy slunce
blesk polární záře sluneční vítr
- plazma je označována jako čtvrté skupenství hmoty - plazma je plyn s významným množstvím iontů - většina hmoty ve vesmíru (až 99%) je v plazmatickém stavu - pojem plazma byl zaveden Tonksem a Langmuirem v roce 1929
skupenství hmoty
plazma = 4. skupenství hmoty
plazmový display
Sahova rovnice 3/ 2 ni T 2,4 *10 21 e U i / kt nn ni normální podmínky: n 3 x 1025m-3 a T 300 K stupeň ionizace 10-122
Vlastnosti plazmatu - směs neutrálních, pozitivně nabitých(kationty) a negativně nabitých (anionty) částic - kvazinetralita Ni = Ne, zdánlivě elektricky neutrální, stejný počet elektronů a iontů - plazam silně reaguje na elektrické a magnetické pole - v plazmě vzniká spousta různých druhý vln a kmitů
teplota a jednotka energie ev elektronvolt - elektronvolt je energie, kterou získá elektron či proton urychlený napětím 1V - používá se pro vyjádření malých energií, např. chemické vazby 1 ev 19 1, 602176565 10 vztah termodynamické teploty a elektronvoltu k -Boltzmanova konstanta 1 ev J k T 1 ev odpovídá teplotě 11 604,505 K elektron 1eV~593 km/s proton 1eV~13,8 km/s
: Směs atomů (molekul), iontů a elektronů MA ~ Mi ~M>> me Ti~Tn<<Te
neizotermická plazma Ti a To teplota iontů a neutrálních těžkých částic Te teplota elektronů
rozdělení plazmatu
vzduch cca 2,7xE19 molekul/cm3 - cca 1000 iontů původ částic s el. nábojem přirozená radioaktivita, srážky částic, kosmické záření,... nasycený proud J d e N l dt 17 J max 2, 45 10 A 2 cm
nesamostatné výboje potřebují externí zdroj elektronů
Towsendova teorie výboje - homogenní pole mezi rovinnými elektrodami - napětí vyšší než je napětí nasyceného proudu - nesamostatný výboj - rychlost nosiče náboje je velká oproti tepelné - dostatečná kinetická energie pro ionizaci - elektron ionizuje vždy je-li jeho Ek>Ei - elektron při srážce vždy odevzdá celou energii - elektron se pohybuje jen ve směru E-pole
Elektrický průraz - rozvoj laviny 1+1+2+4+8 kladných iontů 16 nových elektronů
Rozložení hustoty elektricky nabitých částic v lavině
Towsendova teorie výboje - homogenní pole mezi rovinnými elektrodami - napětí vyšší než je napětí nasyceného proudu - nesamostatný výboj - rychlost nosiče náboje je velká oproti tepelné - dostatečná kinetická energie pro ionizaci - elektron ionizuje vždy je-li jeho Ek>Ei - elektron při srážce vždy odevzdá celou energii - elektron se pohybuje jen ve směru E-pole
Paschenův zákon - přeskokové napětí v homogenním poli Up Bpd ln Apd ln 1 + 1 γ γ ionizační číslo dobrá shoda pro 10E-3bar*mm<pd<100bar*mm
pd min pro různé plyny
efektivní ionizační koeficient (alfa) pro vzduch záporná hodnota pro E<2,5kV/(mm*bar) α=γ
odhad proudu v lavině nárůst počtu elektronů na vzdálenosti dx dn n γ dx n( x) počet elektronů v lavině ve vzdálenosti x, pro x=0 n=1 1 homogenní elektrické pole n ( x) nehomogenní elektrické pole n ( x) 1 n x γ dx 0 dn e e γ x γ dx
odhad proudu v lavině vzdálenost elektrod 10mm vzduch při atmosférickém tlaku U=25kV - 2,5kV/mm, α~0 - není průraz U=30kV - 3kV/mm, α=1,3mm-1 - n(10mm)=4,4xe5 U=35kV - 3,5kV/mm, α=3,1mm-1 - n(10mm)=1,1xe13
odhad proudu v lavinězhášecí plyn, velká rekombinace vzdálenost elektrod 10mm SF6 při atmosférickém tlaku U=88,5kV - 8,85kV/mm, α~0 U=89kV - 8,9kV/mm, α=1,4mm-1 U=90kV - 9kV/mm, α=4mm-1 - není průraz n(10mm)=1,2xe6 n(10mm)=2,35xe17
Teorie strimérů (streamer) - vysoká rychlost vzniku jiskry - pro d 1cm a p 100kPa nezávislé přeskokové napětí na materiálu elektrod
Rozložení elektrického pole v okolí streameru
φ (r ) λ D q 4 π ε 0 r e 2 r λ D ε 0 k T ne e 2 λd Debyevský poloměr - míra narušitelnosti plazmy - míra schopnosti plazmy odstínit lokální působení náboje - vymezuje oblast porušení kvazineutrality faktor stínění pro r λ D je e 2 = 0.243
přístěnová vrstva
λi>>λd - bezsrážková přístěnová vrstva (sheat) Wi ~ eu λi<<λd Wi << eu přístěnová vrstva se srážkami procesy v sheatu - urychlení iontů na povrch katody - emise sekundárních elektronů z katody - odprašování materiálu katody - ovlivnění struktury nanášené vrstvy - iontová implantace na katodu - aktivace chemických reakcí na povrchu katody
bulk presheath ns sheath 4ε 0 JC = 9 ni ne x ne ns = 0.61 ne s= λd 2e V03 / 2 m s2 2V0 Te
ω ω pe pi 2 = e ne ε 0 me = e 2 ne ε 0M i - plazmová elektronová frekvence ~ GHz - mezní frekvence, kdy elektrony stíhají sledovat změny elektrického pole - plazmová iontová frekvence ~ 100 khz - mezní frekvence, kdy ionty stíhají sledovat změny elektrického pole
ambipolární difůze - difůze vyvolaná elektrickým polem - hustota toku vyvolaná gradientem koncentrace se sčítá s hustotou toku vyvolanou elektrickým napětím - hustota toku elektronů je shodná s hustotou toku kladných iontů D difůzní koeficient μ mobilita D k T µ e