4 курс, 423 группа, осенний семестр

Программа спецкурса “Физические основы газового разряда”
4 курс, 423 группа, осенний семестр
лектор – доцент Двинин С.А.
1. История газового разряда. Классификация его форм. Газовый разряд как ионизационное состояние газа, создаваемое и поддерживаемое электрическими полями Многообразие
газовых разрядов. Газовый разряд как неравновесная, нелинейная система с избирательно
управляемыми параметрами. История развития газового разряда. Самостоятельные и несамостоятельные газовые разряды. Классификация газовых разрядов.
2. Химические компоненты плазмы. Параметры плазмы. Химические компоненты газового разряда. Химические реакции. Инертные газы. Молекулярные газы. Электроотрицательные газы. Равновесная и неравновесная плазма.
3. Методы описания плазмы. Многожидкостная гидродинамика. Функция распределения
электронов по энергиям и кинетическое уравнение.
4. Особенности движения частиц в газовом разряде. Движение частиц в постоянном электрическом поле. Нормальный и аномальный дрейф.
5. Уравнения баланса частиц и энергий для плазмы газового разряда. Баланс частиц в
газовом разряде. Химические процессы в плазме. Инертные газы. Молекулярные газы. Электроотрицательные газы. Частоты ионизации, упругих столкновений. Равновесная и неравновесная плазма. Термодинамическое равновесие. Метод детального равновесия. Корональная
модель. Условие изотропности функции распределения заряженных частиц по энергиям.
Граничные условия. Процессы на электродах. Вторичная электронная эмиссия.
6. Модель Таунсенда для пробоя разрядного промежутка низкого давления. Развитие
лавин в постоянном поле. Накопление пространственного заряда. Ионизационные коэффициенты Таунсенда. Пробой в постоянном электрическом поле. Закон Пашена.
7. Стационарные разряды постоянного тока. I. Тлеющий разряд. Феноменология тлеющего разряда. катодное и отрицательное свечения. Астоново, круксово (катодное) и фарадеево темные пространства. Процессы ионизации и ухода частиц в различных областях разряда.
Положительный столб тлеющего разряда. Амбиполярная диффузия. Баланс энергии и числа
частиц. Модель Шоттки. Граничные условия. Модель Ленгмюра-Тонкса. Уравнение плазмы
и слоя. Разряд в двумерно неоднородной среде. Классификация форм положительного столба в зависимости от плотности тока и давления нейтралов.
8. Стационарные разряды постоянного тока. II. Тлеющий разряд в магнитном поле.
Особенности диффузии заряженных частиц в магнитном поле. Положительный столб газового разряда в магнитном поле. Саймоновская диффузия. Диффузия частиц на стенку в сильных магнитных полях. Аномальная Бомовская диффузия. Понятие о неустойчивостях плазмы.
9. Стационарные разряды постоянного тока. III. Различные формы дугового разряда.
Классификация форм дугового разряда. Положительный столб дуги низкого и высокого,
давления. Процессы на катоде. Низковольтные дуги в термоэмиссионных преобразователях в
диффузионном и времяпролетном (кнудсеновском) режимах
10. Разряды высокого давления. Стримерные теории разрядов высокого давления. Механизмы объемной фотоионизации. Положительная и отрицательная короны постоянного тока,
динамика их образования и пространственная структура.
11. Импульсные разряды. Разряд молнии. Лидерные процессы и формирование искрового
канала молнии обратным ударом. Возникновение ударных волн. Волны ионизации при вторичном пробое газа. Диффузия потенциала вдоль столба плазмы.
12. Высокотемпературные искровые разряды. Стадии развития разряда. Классификация:
Z-пинч, -пинч. Плазменный фокус. Описание процессов в плазменном фокусе. Параметры
плазмы пинчей и плазменного фокуса. Сильноточные излучающие разряды, их устойчивость
и равновесие. Плотность и температура частиц в излучающих разрядах. Основные параметры экспериментальных установок.
13. Высокочастотные (ВЧ) разряды. Нарастание энергии электронов в переменном поле.
Роль столкновений. Уход частиц из разрядного промежутка в переменном поле. Потери
энергии электронов. Разряды Е и Н типа. Роль Приэлектродных слоев в Е разрядах,  и  режимы. Механизмы создания постоянных полей и пучков электронов. Поверхностное сопротивление. Резонансный разряд, ВЧ разряды высокого давления. Ударная ионизация и стримерные процессы в неоднородных переменных полях. Коронный и факельный разряды.
14. Сверхвысокочастотные (СВЧ) и оптические (лазерные) разряды. Пробой газа, пороговые СВЧ поля. Проводимость и поглощение электромагнитной волны. Нарастание энергии
электронов в поле фотонов. Ионизация плоской электромагнитной волной. Безэлектродные
СВЧ разряды (БЭР), разряды в волноводах (сурфатроны). Распространение СВЧ разрядов
благодаря диффузии, фотоионизации и теплопроводности. Разряды в сверхмощных СВЧ полях. Световая детонация. Волна пробоя. Режим медленного горения. Сверхдетонационный
режим. Оптический генератор плазмы. Разряды при сверхкоротких импульсах лазерного излучения.
15. Комбинированные разряды. Несамостоятельные разряды постоянного тока ионизирующими импульсами ВЧ напряжения. Разделение процессов поддержания ионизации и набора энергии электроном в электрическом поле. Взаимодействие самосжатых разрядов с релятивистскими электронными пучками. Плазменно-пучковые разряды.
16. Разряды в потоках газа. Особенности разрядов в молекулярных газах. Роль колебательного резервуара энергии. Кинетика колебательно-возбужденных молекул. Плазмотроны постоянного тока. ВЧ и СВЧ плазмотроны. Быстропроточные лазеры. Сверхзвуковые МГДгенераторы.
17. Использование газовых разрядов. Газовый разряд как источник излучения. Использование разрядов для нагрева нейтрального газа и создания лазерной среды. Создание неравновесных плазмохимических систем с селективно-управляемыми параметрами.
18. Неустойчивости газовых разрядов. Контракция столба плазмы. Тепловые неустойчивости, доменные неустойчивости. Страты. Ионизационно-полевые неустойчивости.
Литература
1. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Т.2. Установившийся ток. М.: Наука, ГРФМЛ,
1971.
2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда, 1992; Высокочастотный разряд, 1995.
3. Мик Д. , Крэгс Д. Электрический пробой в газах, 1960.
4. Лозанский Э., Фирсов О. Теория искры, 1975.
5. Александров А.Ф., Рухадзе А.А. Физика сильноточных электроразрядных источников
света, 1976.
6. Велихов Е.П., Ковалев А.С., Рахимов А.Т. Физические явления в газоразрядной плазме. М.: Наука, 1987.
7. Физические основы плазменных и лучевых технологий. Сборник задач вычислительного
практикума. М.: Физический факультет МГУ, 2000.
Дополнительная литература
1. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. М.: Наука, 1981.
2. Брагинский С.И. Процессы переноса в плазме // В кн.: Вопросы теории плазмы. Т.1. 1964.
С. 183.
3. Шкаровсий И., Бачинский Т., Джонстон Т. Кинетика частиц плазмы. М.: Атомиздат,
1969.
4. Гуревич А.В., Шварцбург А.Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М.: Наука, 1973. 221 с.
5. Вакуумные дуги. Теория и приложения. Под ред. Дж. Лафферти. М.: Мир, 1982.
6. Кролл Дж. Трайвелпис. Основы физики плазмы.
7. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. Под ред Б.Я. Мойжеса и Г.Е. Пикуса. М.: Наука, 1973.
8. Веденов А.А. Задачник по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1981.
9. Рожанский В.А., Цендин Л.Д. Столкновительный перенос в частично-ионизованной
плазме. М.: Энергоатомиздат, 1988.
10. Недоспасов А.В. Хаит В.Д. Основы физики газоразрядных процессов в устройствах с
низкотемпературной плазмой. М.: Энергоатомиздат, 1991.
11. Лагарьков А.Н., Руткевич И.М. Волны электрического пробоя в ограниченной плазме.
М.: Наука, 1989.
12. Синкевич О.А., Стаханов И.П. Физика плазмы. Стационарные процессы в частично ионизованном газе. М.: Высшая школа, 1991. 192 с.
13. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко Н.А. Высокочастотный емкостный разряд. М.:
Наука. Физматлит, 1995. 310 с.
14. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1976. 376 с.
15. Голубев В.С., Пашкин С.В. Тлеющий разряд повышенного давления. М.: Наука, 1990. 335
с
16. Рохлин. Г. Н. Газоразрядные источники света. М.-Л., Энергия, 1986. 560 с.
17. Мак-Дональд В. Сверхвысокочастотный пробой в газах, 1969.
18. Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука, 1978.