Рисунок 3. Схема катодонаправленного стримера: Слева — механизм распространения с участием фотоионизации. Справа - стример в два последовательных момента времени t1 и t2, показаны вторичные лавины, стремящиеся к положительной головке стримера, волнистые стрелки — фотоны; б — линии напряженности электрического поля.
Рождение электронов у катода или далеко от ионного
следа интереса в данном случае не представляет, так как ведет к образованию лавины, аналогичной первой. Вырванные фотонами электроны кладут начало вторичным
лавинам, которые втягиваются
в след, ибо результирующее поле направлено именно таким образом. Каждый из этих электронов, приобретая энергию от
сильного поля, дает начало электронной лавине. Поскольку
одновременно развивающихся лавин очень много, они сплошным образом заполняют
пространство перед головкой, образуя новую плазменную область.
В области, где газ только что ионизовался – непосредственно перед головкой - происходит разделение зарядов. Электроны утекают в сторону головки, нейтрализуя ее положительный заряд. Головка становится нейтральной и появляется новый участок канала. В то же время смещение электронов обнажает положительный заряд в только что ионизовавшейся области – головка смещается вперед.
Таков механизм продвижения стримера.
В отличие от лавины, скорость продвижения стримера оказывается не привязана к реальной скорости движения электронов. В самом деле, начальная электронная плотность подготавливается излучением стримера, которое почти мгновенно перекрывает значительное расстояние. А лавинный процесс начинается, когда в данной области значительно повысится электрическое поле. Таким образом, скорость распространения стримера оказывается связана со скоростью ионизации излучением и скорости распространения электрического поля. Если электроны движутся со скоростями порядка 105-106 м/с, стример может двигаться со скоростями 106-107 м/с.
Модели, в которых считается, что скорость движения стримера много больше дрейфовой скорости электронов в любой точке стримера, называются моделями быстрого стримера.
Непосредственно после того как фронт стримера прошел данную точку пространства, концентрация электронов и положительных ионов здесь очень высока – около 1019 1/м3. Однако, как было указано выше, стример движется вперед, положение головки смещается, и через короткое время область высокоионизованного газа оказывается не на переднем фронте, где поле высоко, а внутри плазменной области, где напряженность поля низка. Ионизация электронным ударом здесь идти не может, не хватает напряженности. Концентрация электронов начинает падать вследствие процессов электрон-ионной рекомбинации, а в электроотрицательных газах (например, воздухе) – вследствие прилипания. Последний механизм гораздо эффективнее рекомбинации.
В результате через короткое время после прохождения фронта через данную точку концентрация электронов в канале сильно падает. Из заряженных частиц в канале остаются отрицательные и положительные ионы. Участок канала от точки, где становится мала концентрация электронов, до начала канала, называется ионным каналом. Другая часть, примыкающая к переднему фронту, где концентрация электронов высока, называется головкой стримера. В воздухе длина ионного канала гораздо больше длины головки стримера.
Прежде всего падение концентрации электронов сказывается на проводимости канала, поскольку она пропорциональна подвижности заряженных частиц. Проводимость ионного канала на два порядка ниже проводимости головки стримера.
Рисунок 43.
Головка стримера и ионный канал.
Отсутствие электронов в
ионном канале приводит также к тому, что этот участок стримера почти не
светится – возбуждение электронным ударом здесь почти не идет. Этот эффект
позволяет непосредственно наблюдать два участка стримера на опыте (рисунок 54).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.