双极扩散

双极扩散是等离子体的正负粒子在电场中由于相互作用等速远离的扩散方式。“双极扩散”是天文学专有名词。来自中国天文学名词审定委员会审定发布的天文学专有名词中文译名，词条译名和中英文解释数据版权由天文学名词委所有。

理论研究表明，在环形磁约束等离子体中，由于存在各种微观电磁模，存在着随机性磁场，这种随机磁场可能是导致电子反常热导的重要原因之一。初步的实验迹象（韧致辐射谱的高能尾巴分析）也表明随机场可能是重要的粒子在稳态随机场中的扩散系数是正比于粒子速度的，即

其中D、是由磁结构决定的常数，v‖是平行于磁力线的速度分量。由于通常离子速度远小于电子速度，De》Di，即扩散必是非双极的。这将在极短时间内建立起双极电场，以维持准稳态输运.在准稳态条件下，电子反常热导是主要的，而双极扩散则是不重要的，因此，通常只考虑随机场引起的电子反常热导，扩散问题仅一提而过。

但是，如果随机场电子反常热导是重要的，必然存在相应的双极电场。考虑到另一种可能的反常扩散机制—静电漂移波扩散—是自动双极的，则只要De(随机场扩散)大于DNC（新经典扩散），体系的双极电场就主要由随机磁场所决定了。因此，虽然随机场下的双极扩散一般并不重要，但测量和计算双极电场却是判别随机场是否重要的一个必要条件。此外，在某些特殊条件下（例如发生内部破裂时，q<1区域内的输运），随机场双极扩散可能是重要的，该区域内离子与杂质的输运可用随机场方法来描述与理解。^[1]

磁场中，中等低气压弧光放电与辉光放电的正柱等离子体的研究一直受到人们的关注。1976年，Franklin总结了到那时为止的正柱理论，并给出一定量的实验数据，那里的磁场和放电都是轴向的.交叉电磁场中的正柱研究早在六十年代就已开始。近年来，随着等离子体涂层、等离子体沉积等技术的发展，此项研究又有了进一步的深人在这些领域中，带电粒子的运动对上述技术的质量、生产率起主要作用。在Franklin等工作的基础上，本文求解了交叉电磁场中，中等低气压弧光放电与辉光放电的正柱等离子体在双极扩散和准双极扩散条件下的磁流体力学性能。上述等离子体的电离度比较低，大量中性粒子的存在，使其由带电粒子碰撞而引起的宏观速度非常微弱，因此一般都假定中性拉子处于静止状态。在文中，曾考虑了当磁场与放电均为轴向时，双极扩散情况下的中性粒子的运动，计算表明中性粒子的径向速度要比带电粒子的小3至5个最级。基于上述原因，本文假定中性粒子是静止的，在离子和电子的质量、动量守恒方程的基础上，根据方程的奇点以及电子电流密度在鞘层边界应守恒的要求，用数值方法求解了带电粒子的速度、密度沿径向的分布，并对双极扩散和准双极扩散两种情况下的电子、离子的磁流体力学性能作了比较。比较结果表明，磁感应强度的强弱对双极扩散条件下的离子和电子的磁流体力学性能改变甚微，相反，在准双极扩散条件下，增强磁感应强度能显著提高离子的平均密度，缩短鞘层边界间距离，阴极鞘层边界离子与电子的径向速度比值上升，阳极鞘层边界离子与电子的径向速度比值下降.这些为改进有关技术应用提供了途径。^[2]

由测量光电导率σph得到的迁移率寿命乘积μτ可以描述多数载流子（在非晶硅a-Si：H中是电子）的输运和复合。但是，太阳能电池的性能往往由少数载流子（在a-Si：H中是空穴）的输运特性决定。稳态光生载流子栅线SSPG技术可以测定a-Si：H中的双极扩散长度（ambipolar diffusion length， Lamb），从而得到空穴的迁移率寿命乘积μτ。

当过剩光生载流子在半导体中分布不均匀，会发生过剩载流子的扩散，直到出现复合。在没有电场的情况下，光生电子（photogenerated electron）和光生空穴（photogenerated hole）会在相同的方向上扩散，这就称为双极输运（ambipolar transport）。双极输运使光生载流子在复合前扩散长度的平均距离被定义为Lamb。所以， Lamb是太阳能电池有源层半导体材料较好的品质因数。在本征a-Si：H情况下，双极输运由少数载流子空穴的迁移率决定。

测量暗电导率σd和光电导率σph的样品同样可以通过SSPG技术测量Lamb。SSPG技术的原理是用1个激光器的2条相干光束照射样品，在a-Si：H薄膜中形成光生载流子浓度的稳态干涉图形（interference pattern），并且干涉条纹与样品的电极平行。光生载流子从浓度较高的高亮度区域向浓度较低的低亮度区域扩散，从而减小了被调制载流子浓度的振幅。减小的幅度依赖于栅线周期（grating period），并且形成样品电导率的变化，而电导率的变化可以垂直栅线条纹测量。^[3]

在大多数等离子体中，作用在离子和电子上的力是不同的。因此，在扩散或者对流过程中，一种粒子总会以更快的速度远离另一种粒子。

在不含磁场的真空中，等离子体的电子和离子都会各自以一定的速度向外进行热运动。由于温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式，温度高的粒子的热运动速率大，反之，温度低的粒子热运动速率小。

由于电子有较高的温度和较低的质量，它们的热运动速度将会很大。当电子离开所处的位置时，带正电荷的正离子就会落后，从而形成指向外部的电场。这个电场会在电子和正离子之间产生一个电场力。根据牛顿第三定律，这个力会使电子的速度减小，使离子速度增大。这个过程最终会达到一种稳定的状态，即电子和粒子都会以比电子的热运动的速率小而比离子的热运动速率大的音速向外运动。

在天体物理学中，双极性扩散特指中性粒子从星系形成的等离子中解离。此时的中性粒子主要是星云中的氢分子。如果没有碰撞耦合形成等离子体，它们之间会发生引力坍缩作用。