Пристеночная проводимость - электронная проводимость разреженной замагниченной плазмы поперёк маги, поля, обусловленная
столкновениями электронов не с тяжёлыми частицами (атомами, ионами) в объёме,
а столкновениями с поверхностями (стенками), пересекающими магн. силовые линии.
Проводимость поперёк магн. поля возникает при наличии возмущения дрейфовой скорости
частиц. П. п. может быть связана как с "диффузным", так и с "квазизеркальным"
рассеянием электронов.
Пристеночная проводимость с диффузным рассеянием.
Если поверхность гладкая (т. е. размер неровности 
- дебаевского радиуса экранирования)и скорость электрич. дрейфа параллельна
ей, то 11. п. создают те электроны, к-рые "пронизывают" дебаевский
слой и диффузно рассеиваются непосредственно на поверхности. Это имеет место,
напр., в осесимметричных системах с внешними (полоидальными) магн. и электрич.
полями.
Рис. 1. Схема взаимодействия электронов с поверхностью:
а - токовые слои в идеализированной модели рассеяния моноэнергетических
электронов стенкой (кривая со стрелками - проекции траектории движения электрона,
отражённого стенкой, на плоскость ху); б - распределение пристеночного
тока при наличии разброса скоростей электронов.
Возникновение "диффузной" П. п. можно
рассмотреть на простой модели (рис. 1, а): плоская поверхность (у = 0),
дебаевский слой пренебрежимо тонок, магн. поле H однородно и перпендикулярно
поверхности, а электрич. поле E в объёме плазмы параллельно
поверхности и направлено вдоль оси 
Электроны при падении на стенку полностью теряют скорость. Возвращаясь в объём,
они разгоняются в дебаевском слое (скачок потенциала 
)
и приобретают скорость 
Двигаясь далее с такой скоростью в объемных электрич. и магн. полях, электроны
начинают выписывать циклоиду вдоль осей
и
смещаясь
со скоростью
вдоль
магн. поля. Проекция этого движения на плоскость ух имеет вид, приведённый
на рис. 1: объём канала разбивается на систему плоскопараллельных n слоев
с чередующимся противоположным направлением движения электронов. При этом толщина
каждого слоя
(
-
период ларморовского вращения). Если в канале
укладывается целое число слоев, то переносимый ток будет равен либо нулю (число
слоев чётное), либо будет максимальным (при нечётном числе слоев). Отнесённый
к 1 см длины вдоль оси
он
равен
Поскольку в реальных условиях отражённые электроны
не имеют одинаковых скоростей, плоскопараллельные слои имеют разную толщину
и вследствие этого разно-скоростные электроны, находящиеся на одном расстоянии
от стенки, будут иметь разное направление движения. В результате в плазменном
канале оказываются чётко выраженными 2-3 осцилляции (около стенок), а остальные
затухают при удалении от них (рис. 1, б).
Пристеночная проводимость с "квазизеркальным"
рассеянием реализуется на шероховатой поверхности 
или на гладкой поверхности, если скорость дрейфа ей не параллельна. Зеркальное
отражение электрона от дебаевского скачка потенциала приводит к изменению дрейфовой
скорости. В этом случае (в отличие от диффузного) в П. п. втягиваются все электроны,
достигающие дебаевского слоя вне зависимости от того, рассеются они на самой
поверхности или нет.
Перенос электронов путём рассеяния на стенках
является своеобразным обобщением кнудсеновского течения газа в трубах (см. Динамика
разреженных газов). Различие состоит в том, что электрон находится в эл--магн.
полях и поэтому между столкновениями двигается не по прямой, а по сложной траектории.
Кроме того, при кнудсеновском течении каждая частица сталкивается со стенкой,
тогда как в плазменном объёме может существовать группа электронов, к-рая вообще
не достигает стенок, т. к. заперта в объёме полями. Ур-ние для функции распределения
электронов, рассеиваемых стенкой при отсутствии
столкновений в объёме, имеет вид:
Здесь
-
распределение по скоростям потока частиц,
идущих от стенки, 
-
нормальная составляющая скорости, 
-
координата точки на поверхности объёма, 
-
оператор "переноса" частиц от одной точки
к
другой
(в известных
E, H полях
он определяется из решения ур-ния Власова), 
-
оператор рассеяния частиц на поверхности, q - плотность эмиссии (поглощения)
электронов.
Проводимость, очень напоминающая пристеночную,
может наблюдаться и на ионах, если повторная ионизация нейтрального атома, возникшего
при попадании иона на стенки, происходит на расстояниях меньше ларморовского
радиуса.
Рис. 2. Распределение плотности продольного электронного
тока
по радиусу
в канале ускорителя с замкнутым дрейфом электронов на расстоянии 13 мм от анода
(внутренний радиус канала r = 20 мм, внешний -36 мм).
Аналогом П. п. является т. н. статический
скин-эффект, к-рый наблюдается в охлаждённых до гелиевых температур металлах,
находящихся во внеш. магн. поле.
Явление П. п. было предсказано А. И. Морозовым
и обнаружено экспериментально на плазменном ускорителе с замкнутым дрейфом
электронов. Он представляет собой цилиндрич. канал, перпендикулярно стенкам
к-рого создаётся квазирадпальное магн. поле, а вдоль системы между анодом и
катодом приложено продольное электрич. поле. Ускоритель работал на Хе и имел
характерные параметры: 
200
Э, 
=
200 В, 
20
эВ, 
;
при расстоянии между стенками 16 мм и длине канала
40 мм. Радиальное распределение продольного электронного тока, полученное с
помощью зонда, имело осциллирующую структуру (рис. 2).
А. И. Бугрова
|
|
 |
