Метод камеры Вильсона основан на том, что ионы являются центрами конденсации в пересыщенном паре. При быстром расширении объема камеры температура газа в ней падает, и пары воды, находящиеся в камере, становятся перенасыщенными. Конденсация пара обеспечивает появление видимого следа (трека лавины) , который может быть сфотографирован.
Много ценной информации получено в ходе исследования одиночных лавин, лавинных серий, размножения лавин, перехода лавины в стример в камере Вильсона. Для регистрации лавин систему электродов помещают внутри камеры, а в исследуемый газ добавляют немного паров воды, спирта и пр. Синхронно с подачей напряжения и запуском лавины производится адиабатическое расширение газовой смеси па 15—20 %, в результате чего пары становятся пересыщенными. Облако из капелек жидкости воспроизводит по форме ионный след лавины. Его фотографируют в свете постороннего источника. Изображение получается благодаря рассеянию света на капельках, плотность которых совпадает (или пропорциональна) плотности ионов (рис. 14.16).
Остов лавины на фотографии имеет хорошо выраженную клиновидную форму, которая переходит в закругленную головку. Длину лавины (время ее движения) регулируют, задавая определенную длительность прямоугольного импульса напряжения на электроды. По измеренному углу раствора клина (п. 2.2) и известному ионизационному коэффициенту а можно оценить среднюю энергию электронов ε. По измеренным длине и длительности существования лавины можно найти скорость дрейфа электронов vД= x/t. «Фотографии» лавины получают и регистрируя ее собственное свечение, обязанное возбуждению молекул и атомов. Поскольку свечение очень слабое, для регистрации применяют фотоумножители и электронно-оптические преобразователи.
Параметры электронной лавины. В разных газах при изменении давления, температуры, напряженности электрического поля, пройденного пути параметры лавины могут изменяться в очень широких пределах. В качестве примера укажем параметры электронной лавины в воздухе при нормальных атмосферных условиях в промежутке с однородным полем длиной около 1 см в конце пути ее развития при напряженности около 30 кВ/см, что соответствует условиям перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный: число электронов в лавине около 103, средняя плотность электронов в лавине 3*1010 см-3 (нормальная плотность молекул воздуха примерно 2,7*1019 см-3), дрейфовая скорость электронов лавины порядка 107 см/с.
Искажение поля пространственным зарядом. В лавине с большим усилением еах возникают значительные пространственные заряды. Они создают собственное поле Е', которое векторно складывается с внешним Ео, искажая его поблизости от лавины. Когда эффект по мере размножения зарядов становится сильным, это сказывается на всем дальнейшем ходе ионизации. Пространственные заряды образуют нечто вроде диполя: все электроны сосредоточены в головке лавины, основная масса положительных ионов остается несколько позади. Расстояние, на которое электроны отрываются от основной массы ионов, определяется длиной ионизации а-1, которую электрон в среднем проходит, прежде чем образует пару ионов. Пока искажение внешнего поля Ео мало, а = а(Ео). При больших же усилениях а и пространственное распределение зарядов сами зависят от результирующего поля Е. Распределения поля и зарядов описываются связанной системой уравнений, решение которой представляет сложную задачу.
Рис. 14.3. Схематические изображения полей в присутствии электронной лавины: а — линии напряженности внешнего поля Ео и поля пространственного заряда лавины Е' по отдельности; б — линии напряженности результирующего поля Ε = Ео + Е'. Кружками условно показаны центры пространственных зарядов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.