Основные факторы, влияющие на разрядные напряжения газовых промежутков. Разряд в однородном поле, страница 5

Для реализации поверхностной ионизации необходимо, чтобы энергия воздействия была больше энергии выхода электрона из катода . Энергия  ниже энергии объемной ионизации газа примерно в 2 раза и более и очень сильно зависит от материала электрода. Так для медных и сталь­ных электродов в воздухе работа выхода составляет .

Для оценки процесса поверхностной ионизации вводят коэффициент g - т.н. вторичный ионизационный коэффициент. Количество положительных ионов, оставшихся в промежутке после прохождения лавины, равно количеству электронов в лавине, исключая начальный электрон.

Это означает, что каждая лавина начинающаяся с одного электрона должна обеспечить возникновение хотя бы одного вторичного электрона, дающего начало новой лавине. Если коэффициент γ дает число электронов выбиваемых из катода одним положительным ионом, то величина:

где d - межэлектродное расстояние, обозначает число вторичных электронов образовавшихся в результате прохождения единичной первичной лавины. Так как первичная лавина началась с одного электрона, то для воспроизводства лавин число вторичных электронов должно быть не меньше единицы. Таким образом условие самостоятельности разряда имеет вид:

(.3)

Так как обычно exp(αd)>>1, то (.3) можно упростить:

или

Так как на катод приходят и выбивают вторичные электроны не только положительные ионы, но и возбужденные метастабильные молекулы и фотоны, то в (.3) под γ понимаются все процессы образования вторичных электронов на катоде. В более общем случае вторичная ионизация должна учитывать и процессы в объеме газа, такие как, например, фотоионизация в объеме. Тогда уравнение (.3) принимает более универсальную форму, применимую и в случае, когда процессы на катоде вообще не принимают участия в развитии разряда.

Одиночная электронная лавина.

Механизмы образования первичных электронов.

Основ­ными механизмами генерации первичных электронов явля­ются следующие:

1. Экзоэлектронная эмиссия (способность кристаллов испускать электроны после механических воз­действий). Плотность потока экзоэмиссионных электронов в обычных условиях не превышает , и инициирование электронов реально проявляется в полях 10⁴ В/см и длительностях импульса напряже­ния . Уменьшение тока экзоэмиссии, вы­званного механической обработкой катода, до величин, сравнимых с естественным фоном, происходит самопро­извольно со временем. Механически напряженное состо­яние катода может возникнуть при протекании разряд­ного тока, например, вследствие пластической деформа­ции поверхностного слоя катода в месте привязки ис­крового каната либо в результате плавления металла при эрозии и последующего его застывания.

2. Эмиссия го­рячих электронов и малтеровская эмиссия при наличии на катоде диэлектрических пленок, обеспечивающих при Е ~ 10⁵ В/см электронные токи ~ 10⁴ —10^s с^-1.

3. Ге­нерация электронов в результате процессов, связанных с адсорбцией и десорбцией молекул, атомов и ионов на поверхности катода. Эмиссия в этих процессах сильно зависит от среднего электрического поля в зазоре и от работы выхода материала катода (рис. 2.1 и 2.2). 

4. Автоэлектронная эмиссия с микровыступов на катоде (становится существенной i/e>10⁴ с^-1, при Е300 кВ/см).

5. Фотоэлектронная эмиссия под действием внешнего УФ-излучения.

6. Эмис­сия электронов при поглощении ионизующего излучения (космические лучи, естественная радиоактивность и т.д.) фотоионизация и ассоциативная ионизация в объеме газа.

Рис. 5. Зависимость потока эмиссионных электронов от напряженно­сти поля на тренированных, но не обезгаженных (а) и на обезгаженных (б) электродах при  p=700 Тор и различных частотах повторения импульсов 1—30,  2 — 20, 3 — 10

Рис. 6. Зависимость потока эмиссионных электронов от напряженно­сти поля на обезгаженных никелевых электродах при частоте повторения импульсов 10 с-1 и различном давлении: 1— 500, 2 — 600, 3 — 700 Тор

Электронные лавины и таунсендовский пробой.