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  • 1 (2020-11-27 (金) 21:00:20)
  • 2 (2020-11-27 (金) 22:09:34)

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Memorandum

高圧力グローについて

DC放電に見られる正規グローは，圧力と放電サイズにスケーリング則が見られる．

DC放電の陰極暗部の特性において，スケーリング則が低圧力領域で，1933年に　von Engel, Seeliger, Steenbeck らによって提唱された．（von Engel, Seeliger, Steenbeck, Z. Physik 85 (1933) 144.）

1957年に　Gimbling が，大気圧近傍の放電においても，このようなスケーリング則が見られることが示した．（W. A. Gimbling, Phys. Rev. 106 (1957) pp. 203. DOI）

圧力 p ，電極間隔 d , 陽光柱の電界 E , 放電電流密度 j , 電離増幅度（Townsend係数） α , の間には

pd = const

E/p = const

j/p^2 = const

α/p = const

の関係が成立している．つまり，圧力と電極間隔の積の値を一定に保てば，同じような放電電流密度と　同じような陰極部での電圧降下が見られる．電極の温度が十分低ければ，この関係は保たれる．（C. Maszl, J. Laimer, A. von keudell, H. Stori, arXiv.physics.plasma-ph 1508.06739v1 (2015) ）

陰極部で，電圧降下 E , 正イオン電流密度 j , を生じる．正イオン電流密度は，負グロー部の近傍では E に比例し，陰極の近傍では √E に比例する．

陰極表面の電界と電流密度によって生じた熱が，熱伝達係数 k で失われているとするグローの放電条件を考える．

圧力が低い場合は，熱伝達による冷却にバランスする全電流密度が得られるので，電流密度が圧力の二乗に比例する．

一方圧力が高い場合には，熱伝達の冷却効果（温度Tでの熱伝達係数のべき因子 n をもちいて， k ∝ T^n）を　β係数で示すと，β=(2n+2)/(n+2)と表せる．温度べき因子が１であれば，高圧力で 3/4　乗が得られる．

この電流密度の圧力依存性の結果は，水素や大気の１気圧下での実験結果でも得られている．（Gimbling, H. Edels, Brt. J. Appl. Phys. 5 (1954) 36; ibid 7 (1956) 376; Can. J. Phys. 34 (1956) 1466.）