气体放电中带电粒子运动的基本形式--热运动

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高频光源事业部

高频光源设计工程师  韩俭荣

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一、概述

气体放电中的带电粒子的基本运动共分三大类，即：热运动、迁移运动和扩散运动。扩散运动中，又包含自由扩散运动和双极性扩散运动两种运动形式。带电粒子的热运动和扩散运动中的自由扩散运动，属无电场空间里的运动。迁移运动和扩散运动中的双极性扩散运动，属有电场空间里的运动。

二、带电粒子在无电场空间里的热运动特性分析

带电粒子在无电场空间里的热运动，属于粒子的自然运动。其基本特性，xx可以用中性粒子热运动的特性参量来描述。

1、带电粒子在无电场空间里的热运动，它们之间或者在与其它粒子之间，发生着频繁的弹性碰撞。碰撞粒子之间充分地交换着能量。带电粒子通过碰撞将能量交换给其它粒子，或将能量输送到某个微观领域中。

2、带电粒子在无电场空间里的热运动，是无规则的，无固定方向的杂乱无章的自由运动。带电粒子每次碰撞之间的自由程，变化是非常大的。自由程表征的物理含义是：粒子在{dy}次碰撞之后，到发生第二次碰撞之间运动的路程。

3、带电粒子的热运动，是在某一空间里进行着的。对其宏观特性的把握，不是通过自由程这个特征参量，而是通过平均自由程来描述的。平均自由程表征的物理含义是：空间里的带电粒子热运动的宏观碰撞的几率。平均自由程的大小，表明带电粒子碰撞频繁程度的高低。

4、热运动平均自由程是粒子碰撞自由程的分布函数。自由程的分布函数，是一条按指数式下降的分布曲线。通过自由程的分布函数，可以看出粒子碰撞自由程和热运动平均自由程相互之间的关系。粒子碰撞自由程的变化，必会引起热运动平均自由程的变化。

5、通过自由程的分布函数，还可以看出具有不同自由程的带电粒子的比例关系。有实验表明：通常情况下，自由程大于一个平均自由程的带电粒子的数目，约在三分之一左右。自由程大于三个平均自由程的带电粒子的数目，是非常少的。

6、带电粒子热运动的宏观特性，决定于带电粒子的平均自由程。在带电粒子碰撞截面一定的前提下，如果热运动平均自由程小，表征带电粒子密度高、弹性碰撞频繁，带电粒子热运动速度就会小。

7、如果能改变带电粒子的自由程，或者是改变具有不同自由程的带电粒子的数量比例。就可以控制带电粒子热运动的速度。

8、带电粒子在无电场空间里的热运动，发生着频繁的弹性碰撞和充分地交换着能量。因此，带电粒子的温度与中性粒子的温度，在运动中趋于一致，最终达到相同。（青岛法兰克微电子韩俭荣撰写的专题文章。有人将文章删掉作者的单位名称和作者的名字。而后，或者整篇或者大篇幅的，直接应用于自己的网站上。希望以后不要这样。）

9、带电粒子在无电场空间里的热运动，其运动速度是温度和质量的函数。

在温度相同的条件下，带电粒子和中性粒子都具有相同的平均动能。带电粒子的运动速度与其质量成反比，质量越小，运动速度越大。例如：电子的运动速度是汞原子的600倍。正、负离子的质量与原子的质量差不多，因此，正、负离子的运动速度与原子的运动速度基本相同。

在质量相同的条件下，赋予给带电粒子的的温度越高，运动速度越大。

10、在无电场空间的热运动中，在带电粒子质量一定的条件下，如果能控制热运动的温度，就可以控制带电粒子的运动速度。在热运动温度一定的前提下，如果能控制带电粒子质量，亦可以控制带电粒子的运动速度。

11、热运动是带电粒子其它形式的基本运动的基础运动。譬如：带电粒子的迁移运动，就是叠加在热运动之上，在电场作用作用下的有方向的定向运动。

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