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プラズマに入門する話(2)

つづき

1回書いたのに消えやがった

リーク発見法とか

ちょっと書くのだるいので今は省略……

2.プラズマの作り方

2.1 直流電源を用いる方法

直流電界をかけて電子を加速し、気体電子にぶつけて電離させちゃおうというやり方。 電離気体論でやったのってたしかこんな感じ。

電子の発生と消滅

大事な量がいくつかある。まず、電離について。 衝突し、分子が電離する頻度を示す電離断面積。電子のエネルギーと分子の種類に依存する量だ。

次に拡散。イオンや電子が気体とぶつかりながら拡散していく。拡散速度は、拡散係数{D=kT/m\nu}を用いて

{
v_D = - D \nabla n/n
}

と書ける。ただしnは拡散する電子またはイオンの密度。kはボルツマン定数、T,m,{\nu}は電子またはイオンの温度、質量、衝突周波数である。 {\nu}は気体圧力に比例するから、圧力が高いと拡散は遅い。

通常、電子はイオンより拡散速度が大きくなる。これはたぶん質量の大きさの差だと思う。 しかしプラズマ中ではクーロン力により両者は連れ立って運動するため、電子とイオンはほぼ同じ拡散速度になる。 これを両極性拡散という。

磁界を印加すると荷電粒子はすーぐそれに巻き付く(サイクロトロン)ので、拡散を抑えられ、荷電粒子の損失を減らせて良い。

さて最後に再結合。 イオンと電子が再結合して中性気体分子になる。 電子とイオンの密度が大きいほど起こりやすい。

再結合の結果生じた励起原子・分子が光子を放出して基底状態に戻る場合、これを放射再結合と呼ぶ。 分子状正イオンと電子の再結合では、励起エネルギーが分子の解離に使われることが多く、これを解離再結合という。

陰極からの電子放出

直流放電を安定にするには電子を放出し続けなくてはならない。こんな話も電離気体論でやった気がするなあ。

熱電子放出

陰極を加熱すると、真空中の準位のエネルギー障壁に閉じ込められていた電子たちのなかに、 それを超えるものが出てくる(分布だから上の方のも存在するということ)。 こうなると電子は陰極から飛び出してきて、陽極に向かって飛んで行く。

電界放出

金属表面に[tex:{108}][V/m]程度の強電界をかけると、金属中のフェルミ準位近くの電子に対するポテンシャル障壁の厚さが 1nm程度と大変薄くなって、トンネル効果により確率で電子が飛び出してくる。 確率とは言っても、直流放電するには十分なくらい。まさにサイキック。

熱電界放出

熱電子放出してるときでも、直流放電させるんだから電界はかかっているので、障壁を薄くする効果はある。 あと微小突起とかあったら、そこに電界が集中してそこだけスゴイ=ツヨイ電界がかかることもある。 同様に、電界放出している時でも、イオンが勢い良くぶつかってきて陰極が加熱され、熱電子放出する。

このように熱電子放出と電界放出が同時に起きるのを熱電界放出という。

γ作用

高エネルギーイオンが陰極に衝突すると陰極から電子が放出され、 2次電子放出と呼ばれる。これはγ作用とも呼ばれる。 直流放電の「維持」に重要な働きをするやつ。

いろいろな直流放電

グロー放電

放電開始した後、それより低い電圧で維持される放電。やわらかな光と特徴的な発光構造。 陰極から陽極に向かって発光部と暗部が交互に現れる。全体が光っているわけではない!

アーク放電

どんどん放電していってどんどんイオンが陰極にぶつかって陰極が熱くなって熱電子放出が支配的になると、 多量の電子が容易に供給されるので、放電維持電圧がグローより低くなる。これがアーク放電。ばちばち。

その他近況

とりあえず今日読んだ論文は以上。 買ったもの。AmazonでHDMLからmini Display Portへ変換するやつとか買った。 ラボに机もらったから、環境整備だ。

あと師匠からドミノ牌W12を買いました。 そのうちポーカーチップも買いたい。

あと課金しました。前川さんはでませんでした。

こちらからは、以上です。