Аппроксимация скорости дрейфа ионов в собственном газе.

XLIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 8 – 12 февраля 2016 г.
АППРОКСИМАЦИЯ СКОРОСТИ ДРЕЙФА ИОНОВ В СОБСТВЕННОМ ГАЗЕ
Р.И. Голятина, С.А. Майоров
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва,
Россия, [email protected]
В работе были проведены расчеты характеристик дрейфа ионов в собственном газе для
гелия, неона, аргона, криптона, ксенона, а также цезия, рубидия и ртути при температурах
газа 4.2, 77, 300, 1000, 2000 К и в широком диапазоне приведенной напряженности
электрического поля - от 1 до 10000 Td [1 - 3]. Для расчетов использовалась модель ион
атомных столкновений, реализованная методом Монте-Карло [1]. Многочисленные
экспериментальные данные показывают, что скорость дрейфа ионов в собственном газе
очень хорошо описывается полуэмпирической формулой Фроста [2, 3]:
1/2
E E

.
(1)
u  a 1  b 
N N

Эта зависимость скорости дрейфа от приведенной напряженности электрического поля
E / N имеет два параметра: a – подвижность в пределе слабого поля и b  1 / ( E / N )heating .
Величина ( E / N )heating - это такое значение приведенной напряженности электрического поля,
в котором из-за разогрева ионов подвижность по формуле Фроста уменьшается в корень из
двух раз. На основе анализа выполненных расчетов всех кинетических характеристик были
определены параметры аппроксимации в формуле (1) для различных температур газа:
1/2
(2)
a  K pol  ( N 0 / N ) / 1  Tatom /  0  .
Здесь  0 - подгоночный параметр, Tatom и N
K pol  13.853  d  
1/2
- температура и плотность атомов,
- поляризационная подвижность в единицах см2/(В с) при стандартной
плотности газа N 0  2.686763  1019 атомов в см3 (число Лошмидта),  d - поляризуемость в
кубических ангстремах,  - приведенная масса в г на моль.
(3)
1 / b  ( E / N )0 1  1.5Tatom /  0  .
В Табл. для различных газов приведены значения
поляризационной подвижности K pol , параметров  0 и
( E / N )0 - это значение разогревающего поля при
нулевой температуре газа. Анализ данных показал, что
параметр ( E / N )0 не является независимым, а может
быть определен по формуле ( E / N )0  (2m 0 )1/2 / K pol N0 ,
полученной из соотношения    pol   0 , которое
выполняется с точностью порядка 1%. Здесь
1
   pol  m [1.5 ( E / N )0 K pol N 0 ) 2 .
2
Работа поддержана грантом РФФИ-14-02-00502-а.
System
He+ in He
Ne+ in Ne
Kpol
см2/с В
21.6
6.8
 0 , (E/N)0,
Td
K
90 16
210 34
Ar+ in Ar
2.42
240 73
Kr+ in Kr
1.36
330 106
Xe+ in Xe
0.85
270 122
Hg+ in Hg 0.61
Литература
[1]. Майоров С.А. Физика плазмы, 35, 869(2009).
[2]. Голятина Р.И., Майоров С.А. Кр. сообщ. по физике ФИАН , № 10, 43(2015).
[3]. Голятина Р.И., Майоров С.А. Физика плазмы, 42, (2016).
1
58
63