7 / 11
Исследование газоразрядной стратифицированной плазмы…
7
Интенсивная светимость головной части страты (см. рис. 1,
б
)
обусловлена высвечиванием спектральной линии
H
α
атомов водоро-
да, возбужденных разрядным электронным потоком [3, 4]. Уменьше-
ние в потоке числа электронов с энергией, превышающей энергию
возбуждения термов спектральной линии
H
α
, приводит к появлению
послесвечения страты в виде диффузного «хвоста» [5]. В последую-
щем электроны, потерявшие энергию при столкновении с атомами
водорода, компенсируют ее, ускоряясь в электрическом поле разряда.
При превышении электронами энергии возбуждения термов спек-
тральной линии
H
α
визуализируется следующая страта. В зависимо-
сти от удельной мощности разряда наблюдаемые в эксперименте
страты можно отнести к типу S или P [6, 7].
Наблюдаемая на установке «Плазма» стратификация водородно-
го разряда низкого давления (около 5…10 Торр) связана с кинетиче-
ским резонансом функции распределения электронов (ФРЭ) в про-
странственно периодических полях, приводящим к бунчировке
электронов [8, 9]. Описанная картина движения электронов в страте
возникает в силу баланса энергии электронов, определяемого неуп-
ругими ударами, что эквивалентно условию
1
0 0
,
T
e E
или
1/2
0
1
0
2
,
E
Q m
N M e
где
1/2
1
2
T
m
NQ
M
— длина энергетической релакса-
ции электронов по отношению к упругим столкновениям с атомами;
— кинетическая энергия электронов;
N
— концентрация атомов;
Q —
транспортное сечение упругих ударов;
m
— масса электрона;
M —
масса атома [10, 11];
1
— порог возбуждения электрона;
0
e
—
заряд электрона;
0
E
— среднее продольное электрическое поле.
В рассматриваемых условиях ФРЭ формируется профилем потен-
циала страты и потому является существенно нелокальной [12, 13].
При некоторых значениях длины пространственного периода по-
ля в результате пространственной релаксации ФРЭ стягивается к уз-
ким максимумам, перемещающимся в плоскости полной энергии
электронов
и координаты
z
вдоль оси газоразрядной трубки по ре-
зонансным траекториям, где
const,
т. е. имеет место эффект бун-
чировки [14]. При отличии длины пространственного периода поля
от некоторого резонансного значения максимумы ФРЭ расплывают-
ся, что приводит к исчезновению резонансной структуры [15]. На-
блюдаемые на рис. 5 максимумы температуры электронов связаны
с выполнением условий возникновения резонанса ФРЭ в головной