안녕하세요, 플라즈마 응용 연구실에서 박사과정을 지내고 있는 유상원 입니다.

Electron temperature (Te) 는 전기장에 의한 전자의 heating 과 전자 + 전자 및 타 입자와의 충돌 혹은 벽면으로의 energy loss 가 열적으로 balance 를 이루어서 만들어진 전자의 energy distribution (EED) 을 Maxwellian 분포로 가정하여 나타낸 값 입니다.

반면 Excitation temperature (Texc) 는 플라즈마 내 어떤 입자가 전자와의 충돌로 인해 lower state 에서 upper state 로 excited 되는 반응을 이용하여 구한 값입니다.

일반으로 lower state 에서 upper state 로 excited 되는 반응율은 excitation threshold energy (Eth) 이상의 전자 energy distribution (EED) 과 cross section 의 곱으로 나타나게 됩니다.

lower state 의 density 를 nl, upper state 의 density 를 nu로 나타낸다면 두 state 의 density 비율을 대략적으로 아래와 같이 쓸 수 있습니다.

nu/nl = A exp ( - Eth / kTexc) {A 는 입자 및 state에 따라 결정되는 상수}

따라서 Texc 은 어떤 특정 excitation 반응의 lower state 와 upper state 의 밀도 비율을 나타내는데 활용할 수 있겠습니다.

만약 Texc 이 0 이라면 excitation 반응이 일어날 수 없기 때문에 nu/nl = 0 이 될 것이고, Texc 이 무한히 크다면 excitation 반응이 충분히 많이 일어날 수 있기 때문에 nu/nl = A 로 lower state 와 upper state 의 비율이 saturate 하게 될 것 입니다.

Te 와 Texc 이 비슷한 경향을 보이는 이유는 앞서 말씀 드렸듯이 excitation 반응율이 EED 와 cross section 의 곱으로 나타나기 때문입니다.