Свойства газового разряда

Наиболее эффективно частицы в газовых середах возбуждаются за счет взаимодействия нейтральних атомов или молекул с заряженными частицами или взаимодействия между заряженными частицами. (Частично или полностью ионизированный газ называется плазмой). Одним из самих удобных и распространенных способов получения плазмы является электрический разряд. Энергия, выделяющаяся в единице объема газового разряда, пропорциональна плотности тока и напряженности электрического поля. В электроразряднвх газовых лазерах состояние плазмы характеризуется широким диапазоном значений основних параметров. Концентрация электронов меняется от 10 ²¹ до 10 ²² м^-3, температура нейтральних атомов от сотен до тысяч кельвин, средняя энергия электронов от 10^-20 до 10^-18 Дж. Многообразие свойств плазмы и происходящих в ней явлений определяется многообразием элементарных процессов, которые могут происходить при столкновении заряженных и нейтральных частиц между собой. Наиболее характерными являются два вида столкновений: упругие и неупругие. В первом случае суммарная энергия поступательного движения частиц не изменяется, а происходит её перераспределение. Во втором случае столкновение сопровождается изменением внутренней энергии частиц.

Большую роль в работе газоразрядной cистемы накачки играют поверхностные явления на электродах и ограничивающих плазму поверхностях: фотоэффект, термо-, автоэлектронная эмиссия электронов на катоде и др. Направленное движение заряженных частиц в ионизированном газе под действием электрического поля называют дрейфом. Электроны в электрическом поле набирают энергию в интервале между столкновениями и отдают её при упругих и неупругих столкновениях с ионами, атомами и молекулами. Приближенно скорость дрейфа электронов выражают зависимостью: u~b_eE, b_e- коэффициент подвижности электронов. Аналогично скорость дрейфа тяжелых заряженных частиц u~b_iE - b_i - коэффициент подвижности ионов.

Плотность тока заряженных частиц в плазме определяется их плотностью, зарядом и скоростью дрейфа:

j=Σn_yz_yeu_y

где n_y - концентрация заряженных частиц сорта у, z_y - их заряд в единицах электронного заряда e.

Так как масса электронов m много меньше массы ионов, то их подвижность должна быть много больше и при примерном равенстве кол-ва ионов и электронов соотношение электронных и ионных токов удовлетворяют неравенству j_е>> j_i, т.е. ток в квазинейтральной плазме переносится в основном электронами.