Others 동일한 RF방전챔버에서 화학종별 이온화율에 대한 질문
2024.10.11 21:29
안녕하십니까. 방전챔버에 대한 연구 중인 김도연입니다. 질문방을 통해 많은 도움을 받아 연구에 큰 도움이 되고 있습니다. 정말 감사드립니다. 이번에 궁금한 점이 있어서 질문을 드리고자 글을 쓰게 되었습니다. 제 질문은 아래와 같습니다.
1. 방전챔버에 다른 두 종류의 화학종을 넣었을때 각각 얼마나 이온화가 이루어지나에 대한 질문입니다.
kr의 이온화에너지가14이고, Xe의 이온화에너지가12.1정도이므로 같은 방전챔버에 같은 양의 중성을 넣어 방전시킨자면, Xe의 이온수가 14/12.1배 더 많다. 이렇게 생각해도 되나요?
2. 1번과 이어지는 질문입니다. CO2의 이온화에너지는 13.8정도로 아는데, 이를 CO2가 Xe에 비해 12.1/13.8배 덜 이온화 되며, 그 이온화 된 C, O의 비가 1:2 일것이라고 생각해도 될까요?
ex) 10^19수밀도의 Xe이 RF방전챔버에서 약 2%(임의의 값)가 이온화되어 2^18의 Xe+가 생성될때, 같은 양의 CO2는 2^18*12.1/13.8이 이온화되고, 이 중 C+은 (2^18*12.1/13.8)*1/3이며 O2는 2^18*12.1/13.8*2/3이다.
3. RF 방전챔버 내 전자온도가 3~10eV정도 되는 것으로 알고있습니다. 이에 반해 화학종들은 10이 넘습니다. 이건 전자온도에 대한 맥스웰분포에서, 대다수의 전자의 온도는 3~10eV이며, 분표의 꼬리에 해당하는 소수의 전자만 이온화를 일으킨다는 것으로 이해해도 될까요?
가스 입자의 이온화의 주제는 얼마나 이온화 되는가를 알고자 함일 것 같습니다. 이를 판단하기 위해서는 이온화충돌 빈도수를 계산하면 단위 부피 내에서 이온화되는 입자의 수를 예상할 수 있을 것이고, = 전자수밀도x <이온화 충돌 단면적 x 전자속도 > x 가스 입자 수 밀도 로 나타납니다. 여기서 이온화 단면적은 여러 참고 자료에서 얻을 수 있으며, 전자 속도는 각 반응기의 플라즈마 가열 특성에 따릅니다. <> 는 전자 속도 분포함수 즉, 열운동을 하는 전자들의 충돌 단면적과의 곱의 크기를 적분한 값입니다. 즉 전자가 이상적인 열평형을 가졌다면 Maxwellian distirbution 을 가지고 적분 구간은 '이온화 에너지 부터 무한대 전자 속도'까지 적분을 하게 됩니다. 여기서 고속 전자들의 역할을 이해할 수 있습니다. 또한 이 값은 Rate constant라 하며 rant constant 값은 이온화 에너지 값과 전자의 온도 값과 관계가 있으나, 이온화 충돌 단면적에 더 크게 상관관계를 가집니다. rate constant 값은 여러 문헌, 또는 본 게시판 옆에 있는 연구소 홈페이지에서 대중적인 입자의 방전 유지 조건을 찾을 수 있습니다.
[이온화 충돌 반응]을 공부하는데 도움이 되었기를 바랍니다.