Физика разряда в вакууме и его применение. Электродные и безэлектродные разряды. «Идеальные» и реальные электроды, страница 2

Несамостоятельный разряд.

Частота ионизации и константа скорости ионизации

Образование электронной лавины (при постоянной частоте ионизации, отсутствии гибели частиц и пренебрежимо малом электрическом поле)

Электронная лавина в однородном слабом поле

первый ионизационный коэффициент Таунсенда: число ионизаций на 1 см пути в направлении поля

Вольт-Амперная характеристика несамостоятельного разряда

(при этом каждый электрон, вышедший с катода, создаст ионов)

ток на анод

ток с катода

С учётом вторичных процессов ток электронов с катода

ток на анод (ток в цепи)

Пробой межэлектродного промежутка (таунсендовский пробой). Зажигание самостоятельного разряда.

Темный таунсендовский разряд

Условие зажигания самостоятельного разряда

Развитие пробоя во времени

Времена развития пробоя ~10 мкс – 1 мс в зависимости от природы вторичных процессов

Таунсендовский пробой – это размножение размножающихся электронов, т.е. размножение лавин.

Потенциал зажигания (пробивающее напряжение).

A и B определяются природой газа; γ зависит от материала катода

Кривые Пашена

(e=2,72)

Таунсендовский механизм пробоя характерен для пониженных давлений и не слишком больших pd<1000тор*см. При атм. давлении этот механизм также работает, но для коротких промежутков d<5см. В более длинных промежутках действует стриммерный механизм.

Различные формы самостоятельного разряда.

Тлеющий разряд.

Переход от тёмного разряда к тлеющему. Образование катодного слоя.

Внешнее электрическое поле постоянно (тёмный разряд), диффузионные потоки малы по сравнению с дрейфовыми, рекомбинацией пренебрегаем. В стационарном случае

Искажение внешнего поля пространственным зарядом. (переход к тлеющему разряду)

положим

На катоде – вторичная эмиссия, на аноде - эмиссии ионов нет

Электрическое поле в промежутке

Электронный и ионный токи в промежутке (при α[E(x)] = const)

Критерий зажигания

С учётом критерия зажигания

Скорость дрейфа пропорциональна полю (постоянна)

Положительный столб тлеющего разряда (длинная трубка радиусом R)

Баланс числа заряженных частиц в стационарном случае

Рекомбинация на стенках (преобладание диффузии)

(бесселевый профиль)

Частота ионизации равна эффективной частоте диффузионных уходов. Этим определяется значение электрического поля в столбе

Объёмная рекомбинация

Плотность постоянна по сечению, сильный градиент вблизи (поглощающих) стенок

Электрическое поле в столбе не зависит от тока поскольку скорости и рождения и гибели электронов пропорциональны их концентрации. Приведённое поле E/p есть функция pR.

Для тлеющего разряда характерен большой отрыв «температуры» электронов от температуры тяжёлых частиц. При низком давлении тяжёлые частицы имеют температуру, равную температуре стенок трубки, а «температура» электронов может составлять несколько эВ.

Переход к дуговому разряду. При увеличении тока происходит переход тлеющего разряда в дуговой. Увеличение давления также приводит к переходу тлеющего разряда в дугу (при не слишком малых токах). Переходы происходят вследствие развития неустойчивостей. Неустойчивости могут развиваться в приэлектродных областях и в положительном столбе разряда. Неустойчивым является состояние с низкой плотностью тока. Развитие неустойчивости приводит к «контракции» (сжатию разряда). Часто используется термин «шнурование» При увеличении тока основную роль играет неустойчивость катодной области. При увеличении давления – положительного столба. Зарождаясь в приэлектродной области, контрагированный канал «прорастает» в столб. И наоборот, контракция в столбе, вызывает контракцию в приэлектродных областях. Контрагирование в катодной области связано со сменой механизма эмиссии. Контрагирование в столбе происходит в результате развития ионизационной и ионизационно-перегревной неустойчивостей, а в электроотрицательных газах ещё и прилипательной неустойчивости. Потеря устойчивости столбом вызвана ростом температуры тяжёлой компоненты при увеличении давления или/и тока. Механизм ионизационно-перегревной неустойчивости: повышение температуры снижает плотность газа, что приводит к росту E/N и экспоненциальному росту скорости ионизации. Это приводит к увеличению проводимости и джоулева тепловыделения. Температура ещё сильнее растёт…