Если -
длина свободного пробега электрона в газе, то вероятность того, что электрон
пройдет без столкновений расстояние в промежутке (
)
описывается экспоненциальным законом
. При
использовании нормировки
будем иметь представление
. (15.5)
Если электрон пройдет вдоль поля расстояние , то он приобретет энергию
. В том случае, если
(
-
энергия ионизации), то в принципе электрон может ионизировать молекулу газа.
Расстояние
, проходимое электроном без
столкновения должно быть не меньше, чем
и
формула (15.5) принимает вид
.
. (15.6)
На пути электрон
по определению порождает
пар зарядов. Длина свободного
пробега
обратно пропорциональна давлению
и формуле (15.5) можно придать вид
эмпирической закономерности Таунсенда
, (15.7)
где - эмпирические,
характерные для каждого газа константы. Отметим, что формула (15.7) не
применима для случая сильных полей, когда
Если положения катода и анода
даются значениями , то электронный ток на
аноде имеет вид
.
Каждый электрон, вышедший из катода и дошедший
до анода приводит к наличию электронов в
этом промежутке. Новых электронов на единицу меньше:
.
Поэтому возникает
положительных ионов, двигающихся
к катоду. По пути эти ионы производят ионизацию газа. Придя на катод, они
выбивают из него электроны. Возникает вторичная эмиссия. Число этих вторичных
электронов обозначим
.
Выясним влияние этих , выбитых электронов на лавинный
процесс. Каждый электрон на промежутке катод – анод создает
пар заряженных частиц. Количество
ионов создаст
штук электронов, выбитых из
катода. Если это число больше единицы, то начальные электроны будут
«воспроизводиться». создадут
электронов и
так далее. Из одного начального электрона, вышедшего из катода, получится на
аноде
электронов. Ели ,
то этот ряд сходится:
и возникнет анодный ток
, где
- начальный ток
из катода.
Если бесконечно
малый первичный ток, то условием возникновения самостоятельного разряда будет
требование обращения знаменателя в ноль
. (15.8)
Параметр является
своеобразным «коэффициентом усиления» для возникновения пробоя, он составляет
величину порядка
.
С учетом (15.7) из условия (15.8) получим выражение для коэффициента ионизации
. (15.9)
Потенциал зажигания. Электрическое поле в
формуле (15.9) называется критическим или полем зажигания. Так как
, то соответствующий критический
потенциал зажигания имеет вид
.
Любопытно, что потенциал зажигания имеет
минимум при значении параметра . Обращение
тока в бесконечность является следствием грубой идеализации: отсутствие учета
влияния диссипации.
Аналогично рассматривается ионизация под действием ионов. Подвижность тяжелых ионов гораздо меньше, чем у электронов. Поэтому в начальной стадии имеет место нестационарный (переходной) процесс. В самом начале процесса в разрядном промежутке накапливается положительный заряд. Постепенно накопление ионов прекращается, поток ионов на катод достигает величины, равной потоку электронов на анод.
Устанавливается самостоятельный стационарный разряд.
В таком разряде имеется однозначная связь разности потенциалов в газовом
промежутке и силой тока (вольт – амперная характеристика разряда).
Типичная вольт – амперная характеристика изображена на Рис.15.1. На
характеристике ток не зависит от времени (например, в точке G). Вольт
– амперная характеристика разбивает плоскость ()
на две части I и II, которым соответствуют неравновесные режимы.
В области I происходит нарастание разрядного тока, а в области II – уменьшение
тока. На вольт – амперной характеристике имеет место стационарность:
.
Реальный процесс пробоя
газоразрядного промежутка – явление исключительно сложное и многообразное. В
нашем рассмотрении использовалась идеализация: в однородном поле ионизация
происходит однородно. На самом деле это справедливо только при не слишком больших
значениях параметра .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.