Основные факторы, влияющие на разрядные напряжения газовых промежутков. Разряд в однородном поле, страница 4

На рис.  приведена экспериментальная зависимость a / n  =  f ( Е / n ) для воздуха[]. Отношение E / n часто называют приведенной напряженностью поля.

Как видно по рисунку, возрастание a / n с ростом приведенной напряженности E / n становится менее интенсивным, что связано с двумя факторами: если увеличение E / n происходит за счет роста напряженности поля Е при неизменной плотности газа n , то с возрастанием энергии свободных электронов при их движении, уменьшается время взаимодействия при их столкновениях с молекулами, что приводит к уменьшению скорости роста вероятности ионизации; если рост E / n связан с уменьшением n , то уменьшается число молекул, с которыми сталкивается электрон, а, следовательно, уменьшается и число столкновений, что означает изменение a .

Уравнение (1.8) соответствует процессам ионизации, происходящим в электроположительных газах, таких как He, Ar, Ne, H ₂ , N ₂ . В газах, в состав молекулы которых входят атомы кислорода, фтора и ряда других, при столкновении электрона с молекулой или атомом может происходить процесс захвата электрона с образованием отрицательного иона:

e + M  →  M ^- + W.

Устойчивость образовавшихся отрицательных ионов зависит от энергии сродства атома или молекулы к электрону W _п , то есть от энергии, выделяющейся при захвате электрона. Эта энергия должна быть положительной, то есть должна выделяться. Такие газы называются электроотрицательными, а процесс образования отрицательного иона при столкновении электрона с молекулой, - процессом прилипания, характеризуемым коэффициентом η , равным числу прилипаний, происходящих на пути в 1 см вдоль поля. Как и для α , для коэффициента прилипания существует зависимость η / р  =  f ( Е / р ) (рис. 1.2). Если часть свободных электронов прилипает к молекулам газа, то число электронов, способных продолжать ударную ионизацию, сокращается, что учитывается введением так называемого эффективного коэффициента ионизации α _эфф  =  α  -  η . На рис. 1.2 приведена зависимость α _эфф / n  =  f ( E / n ) для воздуха. Значения α _эфф / n становятся положительными после некоторого порога при котором число ионизаций равно числу прилипаний. Для воздуха это 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.

  Возникновение лавины - это еще не пробой. Необходимо, чтобы после прохождения лавины на катоде снова появился электрон. После этого возникает повторная лавина, затем еще лавина и т.д. Возникает самостоятельный многолавинный разряд. Для самостоятельности разряда необходимо вырывание электронов из катода положительными ионами, либо фотонами.

Условия возоб­новления:

1. Оставшееся после прохождения лавины положительные ио­ны, двигаясь к катоду, бомбардируют его и вызывают эмиссию электро­нов из катода;

2. Возбужденные атомы и молекулы, образующиеся наряду с ионизацией, испускают фотоны, которые могут приводить как к фото­ионизации в объеме промежутка, так и к фотоэмиссии электронов из катода. Образующиеся таким образом вторичные электроны приводят снова к образованию лавин в разрядном промежутке.

Поверхностная ионизация- процесс, вследствие которого происходит эмиссия электронов  с электродов. Он может осуществляться несколькими путями

1) бомбардировка поверхности катода положительными иона­ми - вторичная ионо- электронная эмиссия,  условие для выхода электрона с поверхности:

 

Где

,- масса и скорости иона соответственно                                                              

- работа выхода электрона из металла                                                         

                                   Рис  3 Бомбардировка поверхности ионом

2) лучистой энергией, облучающей катод — ультрафиолетовый свет, рентген, излучения возбужденных атомов и молекул в объеме газа между электродами.

                                         Рис  4 Облучение поверхности фотонами