双栅弗兰克-赫兹管中稳定强静电双层的理论

存在一种经典的弗兰克-赫兹实验替代方案,旨在展示比第一激发态重现更多的现象。电子不再经受源极与加速栅之间上升的电势,而是由额外栅极在小于一个激发平均自由程的距离内加速,然后漂移穿过一个大的等势区域到达第二栅极。在这种安排下,必须面对栅极间空间电势被空间电荷强烈修正的困难。最近对水银实验的分析表明,存在一种特殊形式的放电,能够动态地产生并维持理想设计。栅极间体积内不可避免的电势变化随后被限制在一个狭窄的鞘层内,即一个自由双层,连接两个无场等离子体区域。双层的位置可以被控制以优化实验。本文在稳态条件下对这些现象进行了理论研究。该方法的本质是指定电子和离子的速度分布,并用它们求解泊松方程。对俘获粒子使用涡旋型函数,对自由粒子使用单能束。该模型解释了双层位置的变化,并为其振幅的阈值条件提供了自然解释,该条件控制着两种临界构型之间的转变,与实验一致。稳定性和最小场能考虑导致在四维参数空间中存在唯一解,其中朗缪尔比等于1。该方法适用于放电条件下双层形成的其他实验,并正确预测了若干等离子体参数的值。