Fisica dei plasmi
Ho da chiedere un suggerimento su di un libro possibilmente in italiano che spieghi ed introduca la fisica dei plasmi, che parli esaustivamente dei plasmi freddi come quelli di una lampada al neon, e di come si comportano in presenza di onde elettromagnetiche in condizioni in cui la legge di ohm nel plasma non sia piu lineare ovvero con tempi di collisione superiori a quelli di variazione dell'onda elettromagnetica!
Saluti e ringraziamenti a tutti !!!!
Stefano
Saluti e ringraziamenti a tutti !!!!
Stefano
Risposte
Io di suggerimenti ne avrei parecchi, ma in italiano non saprei proprio.
Comunque vedo di mettere giù una lista dei libri che uso e di descriverteli un po.
Comunque vedo di mettere giù una lista dei libri che uso e di descriverteli un po.
"Marco83":
Io di suggerimenti ne avrei parecchi, ma in italiano non saprei proprio.
Comunque vedo di mettere giù una lista dei libri che uso e di descriverteli un po.
ti ringrazierei molto, anche in inglese basta che sia completo, ho bisogno di approfondire la teoria cinetica dei gas, boltzmann, e mettere in relazione il libero cammino medio con il tempo di variazione delle onde elettromagnetiche esterne, per questo ho bisogno di testi sulla teoria dei plasmi.
Mi sai dire anche qualche testo di approfondimento sulla teoria cinetica dei gas? ma penso sia approfondita bene su quelli dei plasmi, io come basi matematiche le ho, mentre per la fisica ho fatto fisica generale ben approfondita, ma non sui plasmi.
Ti ringrazio molto
Introduction to Plasma Physics di Richard Fitzpatrick. È il testo consigliato nel sito How to become a good theoretical physicist di Gerard t'Hooft. Contiene un capitolo dedicato alle onde in plasmi freddi.
"Cmax":
Introduction to Plasma Physics di Richard Fitzpatrick. È il testo consigliato nel sito How to become a good theoretical physicist di Gerard t'Hooft. Contiene un capitolo dedicato alle onde in plasmi freddi.
Grazie!!!!!!!!!!!!!
un link come questo è eccezionale!
anche se non ti ho chiesto niente comunque ti ringrazio perché ho trovato (grazie a te) un link dove è fatta bene la fisica.. 
GRAZIEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
GRAZIEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
Allora, se vuoi imparare teoria cinetica, meccanica statistica, io ti sconsiglio di usare le brevi introduzioni che sono contenute nei libri di plasma.
Prenditi un qualsiasi testo che tratti l'argomento in modo specifico.
Per fisica dei plasmi io uso:
Partially ionized gases, Mitchner, Krueger
http://www-htgl.stanford.edu/PIG/PIGdefault.html
(tutto il libro in formato pdf)
Gas discharge physics, Raizer
Un testo più adatto per gli sperimentali è:
Principles of plasma discharges and material processing, Lieberman, Lichtenberg
Il libro suggerito da Cmax è carino, ma manca una trattazione seria della teoria cinetica; salta dal single particle motion ai fluid models! Ad esempio manca quello che è considerato uno dei capisaldi della fisica dei plasmi, il BBGKY theorem, come manca tutta la derivazione delle euazioni per la distribution function. Questo significa che non ti spiega perchè con le fluid equations non potrai mai raggiungere la precisione ottenibile con la formulazione cinetica. Inoltre ti perdi tantissime ipotesi che vengono fatte per passare dal single particle motion, tutt'attraverso la kinetic theory fino ai fluid models (e sui miei appunti sono qualcosa come 3 pagine di assunzioni!) E' un libro buono per farsi un'idea, ma non è da "duri e puri".
In realtà il mio preferito (l'unico che ho trovato che tratti la materia in modo lineare, spiegandoti TUTTO passo per passo) è: Plasma physics, Delcroix, John Wiley and Sons (London 1965)
in 2 volumi ma non credo sia più nemmeno in produzione ed è quasi introvabile.
Prenditi un qualsiasi testo che tratti l'argomento in modo specifico.
Per fisica dei plasmi io uso:
Partially ionized gases, Mitchner, Krueger
http://www-htgl.stanford.edu/PIG/PIGdefault.html
(tutto il libro in formato pdf)
Gas discharge physics, Raizer
Un testo più adatto per gli sperimentali è:
Principles of plasma discharges and material processing, Lieberman, Lichtenberg
Il libro suggerito da Cmax è carino, ma manca una trattazione seria della teoria cinetica; salta dal single particle motion ai fluid models! Ad esempio manca quello che è considerato uno dei capisaldi della fisica dei plasmi, il BBGKY theorem, come manca tutta la derivazione delle euazioni per la distribution function. Questo significa che non ti spiega perchè con le fluid equations non potrai mai raggiungere la precisione ottenibile con la formulazione cinetica. Inoltre ti perdi tantissime ipotesi che vengono fatte per passare dal single particle motion, tutt'attraverso la kinetic theory fino ai fluid models (e sui miei appunti sono qualcosa come 3 pagine di assunzioni!) E' un libro buono per farsi un'idea, ma non è da "duri e puri".
In realtà il mio preferito (l'unico che ho trovato che tratti la materia in modo lineare, spiegandoti TUTTO passo per passo) è: Plasma physics, Delcroix, John Wiley and Sons (London 1965)
in 2 volumi ma non credo sia più nemmeno in produzione ed è quasi introvabile.
Quello che ho notato è che in quasi tutti i testi moderni si fa il seguente percorso:
Introduzione, orbit theory, multi fluid models, single fluid models. A questo punto alcuni testi tornano sui propri passi e introducono (abbastanza euristicamente) la kinetic theory.
Credo che facciano così perchè passare in modo formalmente corretto dall'orbit theory alla kinetic theory e da lì ai fluid models è abbastanza indigesto (c'è un'abbondanza di meccanica hamiltoniana, alcune note di relatività ristretta, ma soprattutto palate di matematica), quindi preferiscono lasciare la questione "al lettore interessato".
Tuttavia a me sembra che questo rappresenti un ostacolo non da poco nella comprensione della vera natura dei plasmi. Quando uno usa un fluid model senza conoscere la kinetic theory sta facendo un'orda di ipotesi senza nemmeno saperlo, e non mi embra che sia la migliore scelta possibile...
Introduzione, orbit theory, multi fluid models, single fluid models. A questo punto alcuni testi tornano sui propri passi e introducono (abbastanza euristicamente) la kinetic theory.
Credo che facciano così perchè passare in modo formalmente corretto dall'orbit theory alla kinetic theory e da lì ai fluid models è abbastanza indigesto (c'è un'abbondanza di meccanica hamiltoniana, alcune note di relatività ristretta, ma soprattutto palate di matematica), quindi preferiscono lasciare la questione "al lettore interessato".
Tuttavia a me sembra che questo rappresenti un ostacolo non da poco nella comprensione della vera natura dei plasmi. Quando uno usa un fluid model senza conoscere la kinetic theory sta facendo un'orda di ipotesi senza nemmeno saperlo, e non mi embra che sia la migliore scelta possibile...
Grazie, io ho trovato disponibile il libro: Titolo: Foundamentals of Plasma physics Autore:J.A.Bittencourt Editore:Springer third edition
Lo conoscete?
grazie per i titoli e le dritte! Siete grandi
Lo conoscete?
grazie per i titoli e le dritte! Siete grandi
Ho dato un'occhiata su amazon all'indice. Mi sembra un buon testo e segue l'approccio che piace a me, ossia single particle motion, kinetic theory (anche se ne da solo degli "elementi"), fluid models.
Se lo trovi ad un prezzo decente, mi sembra un buon acquisto.
Se lo trovi ad un prezzo decente, mi sembra un buon acquisto.
"Marco83":
Ho dato un'occhiata su amazon all'indice. Mi sembra un buon testo e segue l'approccio che piace a me, ossia single particle motion, kinetic theory (anche se ne da solo degli "elementi"), fluid models.
Se lo trovi ad un prezzo decente, mi sembra un buon acquisto.
Grazie!
Ti vorrei fare un ultima domanda
Un onda elettromagnetica che attraversa un gas a bassa pressione potrebbe ionizzarlo e generare una differenza di potenziale misurabile alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico? Grazie
Non so come ringraziarvi
Nei testi che avete citato si parla di Turbolenza MHD e di fenomeni di instabilità del plasma (intendo per quest'ultime quelle condizioni che si devono evitare nei tokamak, non so se è la definizione esatta)?
Lo conoscete questo testo italiano:
"Magnetofluidodinamica" di Cataldo Agostinelli (è una monografia del CNR d'annata è sta pubblicata nel '64 mi pare)
che ne pensate?
Di link sull'MHD conosco solo quello dell'open course ware del MIT ed è nello specifico un corso di introduzione alla fisica dei plasmi per cui non approfindisce più di tanto la questione e, ovviamente, ci si rivolge come un caso particolare di comportamento del plasma.
Lo conoscete questo testo italiano:
"Magnetofluidodinamica" di Cataldo Agostinelli (è una monografia del CNR d'annata è sta pubblicata nel '64 mi pare)
che ne pensate?
Di link sull'MHD conosco solo quello dell'open course ware del MIT ed è nello specifico un corso di introduzione alla fisica dei plasmi per cui non approfindisce più di tanto la questione e, ovviamente, ci si rivolge come un caso particolare di comportamento del plasma.
Ho qualche difficoltà nel comprendere il significato di "...alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico..".
Comunque un'onda elettromagnetica può ionizzare un gas a patto che abbia un'energia sufficiente (per farla breve, basta che l'onda abbia un'energia superiore all'energia di prima ionizzazione di almeno uno dei componenti del gas). Comunque ricordati che la ionizzazoine è un processo quantistico, pertanto con forti caratteristiche probabilistiche.
Una volta che il gas è ionizzato si comporta allo stesso modo a prescindere da quale sia stata la causa della sua ionizzazione, quindi questo non influisce sulla sua capacità di "produrre una differenza di potenziale misurabile alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico" (anche se come concetto mi è ancora un po oscuro).
Di MHD non conosco molto (e il libro che citi non l'ho mai letto, quindi non esprimo pareri).
Comunque un'onda elettromagnetica può ionizzare un gas a patto che abbia un'energia sufficiente (per farla breve, basta che l'onda abbia un'energia superiore all'energia di prima ionizzazione di almeno uno dei componenti del gas). Comunque ricordati che la ionizzazoine è un processo quantistico, pertanto con forti caratteristiche probabilistiche.
Una volta che il gas è ionizzato si comporta allo stesso modo a prescindere da quale sia stata la causa della sua ionizzazione, quindi questo non influisce sulla sua capacità di "produrre una differenza di potenziale misurabile alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico" (anche se come concetto mi è ancora un po oscuro).
Di MHD non conosco molto (e il libro che citi non l'ho mai letto, quindi non esprimo pareri).
"Marco83":
Ho qualche difficoltà nel comprendere il significato di "...alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico..".
Comunque un'onda elettromagnetica può ionizzare un gas a patto che abbia un'energia sufficiente (per farla breve, basta che l'onda abbia un'energia superiore all'energia di prima ionizzazione di almeno uno dei componenti del gas). Comunque ricordati che la ionizzazoine è un processo quantistico, pertanto con forti caratteristiche probabilistiche.
Una volta che il gas è ionizzato si comporta allo stesso modo a prescindere da quale sia stata la causa della sua ionizzazione, quindi questo non influisce sulla sua capacità di "produrre una differenza di potenziale misurabile alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico" (anche se come concetto mi è ancora un po oscuro).
Di MHD non conosco molto (e il libro che citi non l'ho mai letto, quindi non esprimo pareri).
Cosa cambia se l'onda elettromagnetica ha una frequenza elevata tanto che il suo deltat(il periodo) è paragonabile o superiore al tempo del libero cammino medio del gas? il comportamento del gas cambia o è paragonabile al comportamento che si avrebbe con un onda con frequenza piu bassa?
Mi riferisco a quello di cui parlano qui: http://www.vialattea.net/esperti/php/ri ... p?num=2783
Con "...alle estremita della linea di oscillazione del campo elettrico.." volevo sapere tramite due elettrodi alle estremità del gas fosse possibile rilevare queste tensioni indotte dalle onde elettromagnetiche nel gas, o se il gas annulla tutte le differenze di potenziali indotte per le sue proprietà e quindi fosse sempre e comunque neutro
Grazie, siete mitici
Se usassimo un'onda elettromagnetica con una frequenza superiore alla frequenza delle collisioni degli ioni nel gas, si introdurrebbero fenomeni alquanto complessi, dovuti al fatto che tra due collisioni uno ione acquisice energia cinetica in una direzione, poi viene accelerato nella direzione opposta, quindi a naso direi che lo ionization rate calerebbe, ossia, ad ogni collisione ci sarebbe una probabilità minore che ad una collisione corrisponda la ionizzazione dell'atomo.
Tieni presente che oltre agli ioni ci sono anche gli elettroni che vengono accelerati dal campo elettrico e possono ionizzare i neutri.
Ti faccio un esempio con dei numeri che ho sottomano:
Electron-neutral collision rate (in Helium) k=3e-14 [m3s-1]
a pressione atmosferica ci sono circa 2.45e25 atomi per metro cubo, quindi la collision frequency degli elettroni con i neutri risulta essere:
f=k*N=7.34e11 Hz
Questo significa che per avere l'uguaglianza tra mean collision time e periodo d'oscillazione del campo elettrico devi usare un'onda con frequenza pari a 734GHz, che non è proprio poco...
Tieni presente che oltre agli ioni ci sono anche gli elettroni che vengono accelerati dal campo elettrico e possono ionizzare i neutri.
Ti faccio un esempio con dei numeri che ho sottomano:
Electron-neutral collision rate (in Helium) k=3e-14 [m3s-1]
a pressione atmosferica ci sono circa 2.45e25 atomi per metro cubo, quindi la collision frequency degli elettroni con i neutri risulta essere:
f=k*N=7.34e11 Hz
Questo significa che per avere l'uguaglianza tra mean collision time e periodo d'oscillazione del campo elettrico devi usare un'onda con frequenza pari a 734GHz, che non è proprio poco...
"Marco83":
Se usassimo un'onda elettromagnetica con una frequenza superiore alla frequenza delle collisioni degli ioni nel gas, si introdurrebbero fenomeni alquanto complessi, dovuti al fatto che tra due collisioni uno ione acquisice energia cinetica in una direzione, poi viene accelerato nella direzione opposta, quindi a naso direi che lo ionization rate calerebbe, ossia, ad ogni collisione ci sarebbe una probabilità minore che ad una collisione corrisponda la ionizzazione dell'atomo.
Tieni presente che oltre agli ioni ci sono anche gli elettroni che vengono accelerati dal campo elettrico e possono ionizzare i neutri.
Ti faccio un esempio con dei numeri che ho sottomano:
Electron-neutral collision rate (in Helium) k=3e-14 [m3s-1]
a pressione atmosferica ci sono circa 2.45e25 atomi per metro cubo, quindi la collision frequency degli elettroni con i neutri risulta essere:
f=k*N=7.34e11 Hz
Questo significa che per avere l'uguaglianza tra mean collision time e periodo d'oscillazione del campo elettrico devi usare un'onda con frequenza pari a 734GHz, che non è proprio poco...
quindi l'effetto valanga di cui si parla qui: http://www.vialattea.net/esperti/php/ri ... p?num=2783 non esiste nella pratica, ma è solo una cosa teorica giusto? perché invece di aumentare la ionizzazione viene diminuita, giusto? il tuo esempio è a pressione atmosferica, di quanto sarebbe la frequenza se la pressione fosse piu bassa rispetto a quella atmosferica? e come si calcola?
grazie, sei una miniera di informazioni!
No, sbagliato!
L'effetto valanga esiste eccome! Nell'articolo da te citato, l'effetto valanga non è giustificato in base al fatto che la frequenza è superiore alla collision frequency (tant'è che in realtà questo non accade quasi mai).
I conti li puoi fare da solo calcolandoti quante molecole per metro cubo ci sono alla pressione che ti interessa. Comunque tieni presente che il collision rate che ti ho dato è:
1- electron-neutral
2- in elio
3- calcolato assumendo una distribution function maxwelliana per gli elettroni
4- partendo da cross sections ottenute tramite swarm experiemts
pertanto non prenderlo come una costante, o qualcosa buono per tutte le occasioni!
L'effetto valanga esiste eccome! Nell'articolo da te citato, l'effetto valanga non è giustificato in base al fatto che la frequenza è superiore alla collision frequency (tant'è che in realtà questo non accade quasi mai).
I conti li puoi fare da solo calcolandoti quante molecole per metro cubo ci sono alla pressione che ti interessa. Comunque tieni presente che il collision rate che ti ho dato è:
1- electron-neutral
2- in elio
3- calcolato assumendo una distribution function maxwelliana per gli elettroni
4- partendo da cross sections ottenute tramite swarm experiemts
pertanto non prenderlo come una costante, o qualcosa buono per tutte le occasioni!
"Marco83":
No, sbagliato!
L'effetto valanga esiste eccome! Nell'articolo da te citato, l'effetto valanga non è giustificato in base al fatto che la frequenza è superiore alla collision frequency (tant'è che in realtà questo non accade quasi mai).
I conti li puoi fare da solo calcolandoti quante molecole per metro cubo ci sono alla pressione che ti interessa. Comunque tieni presente che il collision rate che ti ho dato è:
1- electron-neutral
2- in elio
3- calcolato assumendo una distribution function maxwelliana per gli elettroni
4- partendo da cross sections ottenute tramite swarm experiemts
pertanto non prenderlo come una costante, o qualcosa buono per tutte le occasioni!
quindi per valori piu bassi di pressione la frequenza che prima era di 734Ghz sarà inferiore giusto?
Ti ringrazio, dopo questa domanda ho finito, intanto ho trovato il libro che ti avevo detto!
Giusto. Comunque tieni presente che i reattori plasma per matrial processing con circuito AC non superano praticamente mai i 100MHz (e sto parlando già di RF ad alta frequenza). La frequenza più comunemente usata è 13.56MHz.
"Marco83":
Giusto. Comunque tieni presente che i reattori plasma per matrial processing con circuito AC non superano praticamente mai i 100MHz (e sto parlando già di RF ad alta frequenza). La frequenza più comunemente usata è 13.56MHz.
questo perché le pressioni usate sono molto basse penso
Allora, mi sa che è necessario fare un po di chiarezza.
L'obiettivo che si cerca di ottenere usando una sorgente in corrente alternata non è avere lunghezza d'onda minore del cammino medio degli elettroni (perchè sono gli elettroni a ionizzare i neutri, almeno nelle condizioni più comuni). Prima di spiegarti qual'è l'obiettivo che si persegue, mi serve una piccola introduzione.
Prendi due piatti metallici e mettili uno di fronte all'altro. Applica una differenza di potenziale tra i due e gli elettroni (e ioni) presenti tra i due piatti (come dice l'articolo da te citato, ci sono sempre un po di cariche libere anche se non le vogliamo) verranno accelerati. Più è alta la differenza di potenziale applicata, più è alta l'energia acquisita tra due collisioni. Ad un certo punto gli elettroni avranno abbastanza energia per cominciare a ionizzare i neutri con cui collidono, formando una coppia ione-elettrone. A sua volta l'elettrone creato verrà accelerato e ionizerà un altro neutro e così via. Questa è la cosiddetta electron avalanche.
Come puoi notare, l'energia acquisita da un'elettrone dipende dall'intensità del campo elettrico (quindi dalla ddp applicata) e dal tempo tra due collisioni (ossia da 1/N dove N è il numero di molecole per metro cubo del gas neutro). La probabilità che una collisione porti a ionizzazione dipende dall'energia dell'elettrone; il parametro che esprime questa probabilità è detto first Townsend coefficient alpha=alpha(E/N).
Se continuiamo ad aumentare la ddp ad un certo punto si verificherà emissione di elettroni secondari dal catodo (per 2 o più ragioni: bombardamento da ioni, fotoemissione).
Se a questo punto aumentiamo anche solo di poco il voltaggio, finiamo nella zona detta normal glow. Questa è la condizione in cui la maggior parte dei plasmi freddi opera. Il meccanismo principale di produzione di electron-ion pairs è ionizzazione del gas neutro da parte degli elettroni, che come visto prima dipende dal rapporto E/N, o meglio, dipende dalla velocity distribution function degli elettroni che a sua volta dipende da E/N.
Al crescere del rapporto E/N cresce lo ionization rate. Ci sono 2 modi di far crescere E/N: aumentare E o abbassare la pressione.
Premesso che la pressione è già bassa (e tra l'altro c'è un limite dovuto a necessità di processing), rimaniamo con la scelta di aumentare E.
Per aumentare E il modo più intuitivo è applicare una ddp più grande. Questo è l'approccio usato nelle DC (direct current=corrente continua) discharges. Per far cio, si deve ricorrere a ddp veramente grandi. Il problema è che la superficie che si vuole processare viene sottoposta ad un bombardamento di ioni/elettroni esagerato.
Un altro modo per aumentare E senza esagerare con la ddp è sfruttare l'altissimo rapporto tra mobilità degli elettroni e mobilità degli ioni. Usando una scarica ad una frequenza troppo alta perchè gli ioni riescano a seguire il campo elettrico applicato, ma bassa a sufficienza perchè gli elettroni ce la facciano, si puo ottenere un campo elettrico effettivo molto grande anche con ddp non esagerate. Si da il caso che le frequenze giuste per ottenere questo effetto siano nel range 1-100MHz.
Come vedi non si sta tentando di ottenere un'onda elettromagnetica con lunghezze d'onda inferiori alla collision length tra elettroni e neutri, a prescindere dalla pressione. Puo accadere che quanto da te detto succeda, ma in generale non è un effetto che ci si va a cercare di proposito.
Dopo tutta sta pataffiata di roba mi sorge un dubbio: fin qui ho parlato di plasmi il cui principale meccanismo di sostentamento sono le collisioni. Sotto questa categoria cadono DC e RF discharges. Esiste tuttavia un'altra categoria, detta wave-heated plasmas. Ad esempio i microwave plasmas fanno parte di questa categoria. Il meccanismo che porta all'assorbimento delle onde è alquanto complesso e dipende dal cosiddetto collisionless heating (deriva dall'interazione del campo elettrico e magnetico). Se sei interessato, ti consiglio di leggerti il capitolo 13 del Lieberman che tratta questi reattori in dettaglio.
L'obiettivo che si cerca di ottenere usando una sorgente in corrente alternata non è avere lunghezza d'onda minore del cammino medio degli elettroni (perchè sono gli elettroni a ionizzare i neutri, almeno nelle condizioni più comuni). Prima di spiegarti qual'è l'obiettivo che si persegue, mi serve una piccola introduzione.
Prendi due piatti metallici e mettili uno di fronte all'altro. Applica una differenza di potenziale tra i due e gli elettroni (e ioni) presenti tra i due piatti (come dice l'articolo da te citato, ci sono sempre un po di cariche libere anche se non le vogliamo) verranno accelerati. Più è alta la differenza di potenziale applicata, più è alta l'energia acquisita tra due collisioni. Ad un certo punto gli elettroni avranno abbastanza energia per cominciare a ionizzare i neutri con cui collidono, formando una coppia ione-elettrone. A sua volta l'elettrone creato verrà accelerato e ionizerà un altro neutro e così via. Questa è la cosiddetta electron avalanche.
Come puoi notare, l'energia acquisita da un'elettrone dipende dall'intensità del campo elettrico (quindi dalla ddp applicata) e dal tempo tra due collisioni (ossia da 1/N dove N è il numero di molecole per metro cubo del gas neutro). La probabilità che una collisione porti a ionizzazione dipende dall'energia dell'elettrone; il parametro che esprime questa probabilità è detto first Townsend coefficient alpha=alpha(E/N).
Se continuiamo ad aumentare la ddp ad un certo punto si verificherà emissione di elettroni secondari dal catodo (per 2 o più ragioni: bombardamento da ioni, fotoemissione).
Se a questo punto aumentiamo anche solo di poco il voltaggio, finiamo nella zona detta normal glow. Questa è la condizione in cui la maggior parte dei plasmi freddi opera. Il meccanismo principale di produzione di electron-ion pairs è ionizzazione del gas neutro da parte degli elettroni, che come visto prima dipende dal rapporto E/N, o meglio, dipende dalla velocity distribution function degli elettroni che a sua volta dipende da E/N.
Al crescere del rapporto E/N cresce lo ionization rate. Ci sono 2 modi di far crescere E/N: aumentare E o abbassare la pressione.
Premesso che la pressione è già bassa (e tra l'altro c'è un limite dovuto a necessità di processing), rimaniamo con la scelta di aumentare E.
Per aumentare E il modo più intuitivo è applicare una ddp più grande. Questo è l'approccio usato nelle DC (direct current=corrente continua) discharges. Per far cio, si deve ricorrere a ddp veramente grandi. Il problema è che la superficie che si vuole processare viene sottoposta ad un bombardamento di ioni/elettroni esagerato.
Un altro modo per aumentare E senza esagerare con la ddp è sfruttare l'altissimo rapporto tra mobilità degli elettroni e mobilità degli ioni. Usando una scarica ad una frequenza troppo alta perchè gli ioni riescano a seguire il campo elettrico applicato, ma bassa a sufficienza perchè gli elettroni ce la facciano, si puo ottenere un campo elettrico effettivo molto grande anche con ddp non esagerate. Si da il caso che le frequenze giuste per ottenere questo effetto siano nel range 1-100MHz.
Come vedi non si sta tentando di ottenere un'onda elettromagnetica con lunghezze d'onda inferiori alla collision length tra elettroni e neutri, a prescindere dalla pressione. Puo accadere che quanto da te detto succeda, ma in generale non è un effetto che ci si va a cercare di proposito.
Dopo tutta sta pataffiata di roba mi sorge un dubbio: fin qui ho parlato di plasmi il cui principale meccanismo di sostentamento sono le collisioni. Sotto questa categoria cadono DC e RF discharges. Esiste tuttavia un'altra categoria, detta wave-heated plasmas. Ad esempio i microwave plasmas fanno parte di questa categoria. Il meccanismo che porta all'assorbimento delle onde è alquanto complesso e dipende dal cosiddetto collisionless heating (deriva dall'interazione del campo elettrico e magnetico). Se sei interessato, ti consiglio di leggerti il capitolo 13 del Lieberman che tratta questi reattori in dettaglio.
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