Основные факторы, влияющие на разрядные напряжения газовых промежутков. Разряд в однородном поле, страница 6

Ионизация газа в посто­янном (квазистационарном) электрическом поле происходит в основном электронным ударом , размноже­ние электронов (генерация электронных лавин) приводит к появлению повышенной проводимости газа, т.е. к пробою. Явление имеет пороговый характер и происходит при пре­вышении характерного значения Е над пороговым Е_пор., за­висящим от рода и плотности газа, геометрии разрядного помежутка и др., что связано с резкой зависимостью скорости столкновительной ионизации от энергии электрона. Если объемный заряд, образованный электронной лавиной, слабо искажает внешнее электрическое поле (что характерно для малых концентраций газа, коротких промежутков и ), то реализуется таунсендовский механизм пробоя.

При повышенной концентрации зарядов происходит ло­кальное усиление напряженности поля. Пробой приобре­тает характер распространения волны ионизации, скорость которой превышает дрейфовую скорость электронов, — происходит переход к стримерному пробою.

При пробое длинных газовых промежутков суммарный ток многочисленных стримеров формирует удлиняющийся со временем высокопроводящий канал, что меняет дина­мику пробойных явлений и приводит к лидерному пробою.

При таунсендовском пробое первичный, «затравочный» электрон набирает в электрическом  поле энергию между упругими столкновени­ями и расходует ее на возбуждение, нагрев и ионизацию атомов (молекул) газа. При этом происходят размножение и дрейфовое смещение электронов в направлении действия электростатической силы (от катода к аноду) с формиро­ванием ионного облака по пути лавины, медленно дрейфу­ющего к катоду.

     В результате ион-электронной эмиссии, фотоионизации, фотоэмиссии, ассоциативной ионизации и других элементарных процессов, сопровождающих релак­сацию, образуются новые, «вторичные» электроны, иници­ирующие новые лавины (размножение лавин), что приводит к росту средней степени ионизации и электропроводности газового объема, т.е. к пробою.

Рассмотрим закономерности лавинообразного размножения электронов (-процессы), динамику нарастания среднего тока при различных вторичных -процессах, статистиче­ские свойства генерации лавин.

При дрейфе электрона в электрическом поле в ре­зультате ионизирующих столкновений происходит лавин­ное размножение электронов

Что  после интегрирования дает выражение:, где а — количество ионизации на единицу длины пути дрейфа, N(x) — число электронов на единицу длины в направлении дрейфа, No— число начальных электронов.

          Электронная лавина - экспоненциальный рост количества носителей заряда в промежутке от катода к аноду за счет ударной ионизации молекул электронами. Коэффициент a называется коэффициентом ударной ионизации. Он определяется донорно-акцепторными свойствами молекул жидкости, зависит от длины свободного пробега и резко зависит от напряженности поля.

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.

Коэффициент ударной ионизации равен числу актов ионизации, осуществляемых одним электроном на пути в 1 см вдоль поля. Энергия ионизации - W _и , для большинства газов составляет 12÷20 эВ:

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.

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