Stoßbestimmte Relaxation des Elektronenensembles im Plasma bei zusätzlicher Aufheizung durch ein elektrisches Feld. III. Das periodische Verhalten der Elektronenkomponente im elektrischen Feld großen Modulationsgrades

Authors

  • Prof. Dr. J. Wilhelm,

    1. Zentralinstitut für Elektronenphysik, Institutsteil V, Gasentladungsphysik „Rudolf Seeliger”, DDR-22 Greifswald, Robert-Blum-Str. 8-10
    Search for more papers by this author
  • Dr. R. Winkler

    1. Zentralinstitut für Elektronenphysik, Institutsteil V, Gasentladungsphysik „Rudolf Seeliger”, DDR-22 Greifswald, Robert-Blum-Str. 8-10
    Search for more papers by this author

Abstract

Mit Hilfe der instationären Boltzmann-Gleichung wird das periodische Verhalten des Isotropteiles der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion der Elektronen und hieraus folgender makroskopischer Größen der Elektronenkomponente für periodische elektrische Felder großen Modulationsgrades ermittelt. Die Untersuchungen beziehen sich auf schwachionisierte Säulen-Plasmen in Neon unter typischen Nieder- und Mitteldruckverhältnissen. An Hand der numerisch gewonnenen Resultate für spezielle Parametersituationen bezüglich der durchlaufenen elektrischen Feldstärkewerte und der Periodendauer des elektrischen Feldes wird eine qualitative physikalische Interpretation des periodischen Verhaltens der Elektronenkomponente erreicht. Unter Verwendung von charakteristischen, stark vom elektrischen Feld abhängenden Einstellzeiten werden sowohl Bedingungen für den Grenzfall des quasistationären periodischen Verlaufs als auch für den Übergang zu geringen Modulationsgraden der durch die Isotropverteilung bestimmten makroskopischen Größen der Elektronen formuliert. Das periodische Verhalten zwischen diesen Grenzfällen wird physikalisch verständlich aus der konkurrierenden Wirkung der durch das elektrische Feld kontrollierten Energiezuführung an die Elektronen und der über die binären Stöße der Elektronen erfolgenden Energieabfuhr an die Atome.

Abstract

Collision Dominated Relaxation of the Electron Ensemble in a Plasma with Additional Heating by an Electric Field. III. The Periodic Behaviour of the Electron Component in an Electric Field with a Large Modulation Amplitude

With the aid of the non-stationary Boltzmann-equation the periodic behaviour of the isotropic part of the velocity distribution of electrons and thereby determined macroscopic quantities is calculated for periodic electric fields with large modulation amplitude. The investigations concern a weakly ionized column plasma in neon under typical low and medium pressure conditions. Based on the numerical results for typical ranges of field strength and cycle times of the electric field a qualitative physical interpretation for the periodic behaviour of the electron component is obtained. The introduction of special field-dependent adjustment times allows the formalution of conditions which characterize the case of quasi-stationary behaviour and also the case of small amplitudes of modulation in the macroscopic quantities determined by the isotropic distribution function. The periodic states between these two limiting cases can be interpreted as due to two competing processes. The first one is the energy input controlled by the electric field and the second one is the energy loss in binary collisions of the electrons with the atoms.

Ancillary