Основные факторы, влияющие на разрядные напряжения газовых промежутков. Разряд в однородном поле, страница 3

Поскольку длина пробега иона значительно меньше длины пробега электронов, то ударная ионизация ионами практически не реализуется. Электронная лавина - экспоненциальный рост количества носителей заряда в промежутке от катода к аноду за счет ударной ионизации молекул электронами. Интенсивность размножения электронов в лавине характери­зуется коэффициентом ударной ионизации а, равным числу ионизации производимых электроном на пути в 1 см по направлению действия электрического поля. Другое название коэффициента ударной иониза­ции — первый коэффициент Таунсенда.

Увеличение  числа частиц на единице длины можно вычислить следующим образом.

Если n - концентрация электронов. Тогда на пути dx в электрическом поле в результате ионизации образуется dn новых электронов

(.1)

Общее число электронов в лавине на пути dx получается интегрированием (7.1):

или

(.2)

где n₀ - начальная концентрация электронов.

Коэффициент a называется коэффициентом ударной ионизации. Он определяется донорно-акцепторными свойствами молекул вещества, зависит от длины свободного пробега и резко зависит от напряженности поля.

Выражение (7.2) справедливо в однородном электрическом поле. В неоднородном поле, в котором напряженность в промежутке меняется по пути движения лавины,

При ионизации образуются не только электроны, но и положительные ионы, обладающие малой по сравнению с электронами подвижностью, поэтому по мере движения лавины к аноду в ней происходит процесс разделения зарядов. Электроны уходят на анод, а положительные ионы, подходя к катоду, создают там новые электроны за счет вторичной ионизации. Эти вторичные электроны также могут создавать лавины. Если интенсивность вторичной ионизации слабая и для поддержания воспроизводства электронов требуется действие внешнего ионизатора, то такой разряд называется несамостоятельным.

Коэффициент ударной ионизации, обозначаемый обычно a и называемый еще первым коэффициентом ударной ионизации Таунсенда, определяется по увеличению тока в промежутке между электродами в результате ионизации молекул газа при столкновениях с электронами. Процесс ионизации ведет к образованию новых свободных электронов. Эти свободные электроны, в свою очередь, приобретают энергию поля, достаточную для ионизации, то есть для образования новых электронов.

Этот коэффициент является самой важной характеристикой, используемой в теории газового разряда и определяющей основную реакцию, приводящую к развитию разряда. Ударная ионизация может быть представлена реакцией вида:

e + M → M ⁺ + 2e,

где M - атом или молекула газа.

В таблице приведены значения энергий ионизации для молекул, содержащихся в воздухе.

Ток газового разряда, протекающий в промежутке с однородным полем, возрастает и дается выражением:

Для воздуха пороговое значение приведенной напряженности равно примерно E / n  = 1,2·10 ^-15  В·см ² , что для атмосферного давления составляет Е  = 24,5 кВ/см.

 Так как ионизация происходит при энергии электрона W = W _и , а энергия, приобретаемая электроном, зависит от поля и от длины пути свободного пробега, определяемой плотностью газа, то и вероятность ионизации, а следовательно и коэффициент a должны зависеть от поля и от концентрации молекул газа n или его давления р . Эксперименты подтверждают, что действительно имеется зависимость a / n  =  f ( Е / n ) или a / р  =  f ( Е / р ), причем при давлениях газа порядка атмосферного эта зависимость хорошо описывается уравнением вида:

Рис. 1.2. Зависимости коэффициентов ионизации и прилипания и эффективного коэффициента ионизации в воздухе от E / n

где А и В - константы, зависящие от газа.