Несамостоятельная проводимость воздуха. Экспериментальная установка. Решение уравнения для стационарных токов в двух предельных случаях. Развитие разряда в резко-неоднородных полях, страница 3

До точки С на вольтамперной характеристике (рис.3.4) ионы образуются в камере исключительно под действием внешнего ионизатора – космического излучения. В этактом случае газовый разряд и соответствующая ему проводимость газа называются несамостоятельными.

На видеокадрах (рис.3.5) изображен коронный разряд у проволочного электрода при различных напряжениях. Фотографии получены одновременно с записью вольтампернойых характеристики разряда. Напряжения, соответствующие каждому видеокадру в точках (рис.3.5, Аa--Еe) на рисунке указаны в подрисуночной подписи к риснку, они не соответствуют точкам на вольтамперной характеристике (рис.3.4)ВАХ. Видно, что эволюция чехла короны состоит в увеличении числа очагов ионизации вдоль поверхности проволочного электрода и росте характерных размеров чехла очагов короны.

Рисунок 3.5. Фотографии коронного разряда у проволочного электрода в системе провод-цилиндр при различных напряжениях: а - 5,10 кВ; b - 6,00 кВ; c - 6,75 кВ; d - 7.20 кВ; e - 9.35 кВ

В области пороговых напряжений очаг коронного разряда один и возникаетрасположен случайнослучайным образом на поверхности проволочного электрода. При повышении напряжения появляется сначала два, затем три и т.д., а затем возникает возникает множество очагов вдоль проволочного электрода. Отметим также чрезвычайно крутой рост тока после ее зажигания короны.

 

 

Рассмотрим процессы возникновения и транспортатранспортировки носителей заряда до начала ионизационных процессов в газе, т.е. до порога зажигания короны. Пусть в единице объема газа под действием космического излучения ежесекундно образуется q пар новых ионов. Число ионов, рекомбинирующих за то же время во всем объеме S∙l камеры, будет S∙l∙α∙n², где S -— площадь электрода, а l —- длина камеры, α - коэффициент рекомбинации, n - концентрация электронов и ионов. При наличии электрического тока убыль уменьшение количества ионов будет происходить также за счет ухода их на электроды. Ежесекундно ток уносит на электроды S∙j/e пар ионов. Поэтому уравнение баланса может быть записано в виде:

 

.

(3.1)

 

Рассмотрим вначале только процесс рекомбинации ионов:

 

,

 

,

 α – коэффициент рекомбинации.

 

Вычислим αэтот коэффициент.

Для того чтобы отрицательный ион прорекомбинировал с положительным, он должен предварительно сблизиться с ним на расстояние r₀ (рис.3.6). Это расстояние можно оценить как расстояние равное Дебаевскому радиусу. После такого сближения энергии теплового движения недостаточно, чтобы разорвать образовавшееся взаимодействие.

 

Рисунок 3.6.

 При r₀ = c  ^--1 (радиус Дебая) энергия теплового движения становится меньше энергии электростатического взаимодействия, и ионная пара уже не сможет быть разрушена и рано или поздно она рекомбинирует. Например, ионы водяного пара, сблизившись на расстояние равное Дебаевскому радиусу, через некоторое время в итоге образуют молекулу воды:  .

 

 

Окружим центральный ион сферой радиуса r₀ (рис.3.6). Для того Ччтобы два гетерополярных иона оказались на расстоянии r₀, необходимо, чтобы они сблизились под влиянием центрального поля положительного иона +:.

.

 

За время Dt в слое радиуса r₀ окажутся только те отрицательные частицы, которые находятся в слое толщиной , где v_n скорость их движения в поле центрального иона. Эта скорость равна произведению подвижности иона на напряженность поля: