34. Несамостійний і самостійний розряди

 Несамостійний газовий розряд.  Процес проходження електричного струму через газ називається газовим розрядом. Якщо електропровідність газу створюється зовнішніми іонізаторами, то електричний струм, що виникає в ньому, називається несамостійним газовим розрядом. З припиненням дії зовнішніх іонізаторів несамостійний розряд припиняється. Несамостійний газовий розряд не супроводжується світінням газу.  Нижче зображено графік залежності сили струму від напруги при несамостійному розряді в газі. Для побудови графіка використовувалась скляна трубка з двома упаяними в скло металевими електродами. Ланцюг зібрана як показано на малюнку нижче. 

V

+ - 
При деякому певному напруженні настає такий момент, при якому всі заряджені частинки, що утворюються в газі іонізатором за секунду, досягають за цей же час електродів. Подальше збільшення напруги вже не може привести до збільшення числа переносимих іонів. Струм досягає насичення (горизонтальний відрізок графіка 1). 
I 



0 U 
5) Самостійний газовий розряд. 
Електричний розряд у газі, що зберігається після припинення дії зовнішнього іонізатора, називається самостійним газовим розрядом. Для йогоздійснення необхідно, щоб в результаті самого розряду в газі безперервно утворювалися вільні заряди. Основним джерелом їх виникнення є ударна іонізація молекул газу. 
Якщо після досягнення насичення продовжувати збільшувати різницю потенціалів між електродами, то сила струму при досить великій напрузі стане різко зростати (графік 2). 
Це означає, що в газі з'являються додаткові іони, які утворюються за рахунок дії іонізатора. Сила струму може зрости в сотні і тисячі разів, а кількість заряджених частинок, що виникають у процесі розряду, може стати таким великим, що зовнішній іонізатор буде вже не потрібен для підтримки розряду. Тому іонізатор тепер можна прибрати. 
Які ж причини різкого збільшення сили струму при великій напрузі? Розглянемо яку або пару заряджених частинок (позитивний іон і електрон), що утворилася завдяки дії зовнішнього іонізатора. З'явився таким чином вільний електрон починає рухатися до позитивного електрода - анода, а позитивний іон - до катода. На своєму шляху електрон зустрічає іони і нейтральні атоми. У проміжках між двома послідовними зіткненнями енергіяелектрона збільшується за рахунок роботи сил електричного поля. 

 I 

0 U 
Чим більше різниця потенціалів між електродами, тим більше напруженість електричного поля. Кінетична енергія електрона перед черговим зіткненням пропорційна напруженості поля і довжині вільного пробігу електрона: MV ² / ² = eEl. Якщо кінетична енергія електрона перевершує роботу A _i, яку потрібно зробити, щоб іонізувати нейтральний атом (або молекулу), тобто MV ^2> A _i, то при зіткненні електрона з атомом (або молекулою) відбувається його іонізація. У результаті замість одного електрона виникають два (налетающий на атом і вирваний з атома). Вони, у свою чергу, отримують енергію у полі і ионизуют зустрічні атоми і т.д.. Внаслідок цього кількість заряджених частинок швидко наростає, виникає електронна лавина. Описаний процес називають іонізацією електронним ударом. 
Але одна іонізація електронним ударом не може забезпечити підтримання самостійного заряду. Дійсно, адже всі виникаючі таким чином електрони рухаються у напрямку до анода і після досягнення анода «вибувають з гри». Для підтримки розряду необхідна емісія електронів з катода («емісія» означає «випускання»). Емісія електрона може бути обумовлена ​​декількома причинами. 
Позитивні іони, що утворилися при зіткненні електронів з нейтральними атомами, при своєму русі до катода набувають під дією поля велику кінетичну енергію. При ударах таких швидких іонів про катод з поверхні катода вибиваються електрони. 
Крім того, катод може випускати електрони при нагріванні до великої температури. Цей процес називається термоелектронної емісією. Його можна розглядати як випаровування електронів з металу. У багатьох твердих речовинах термоелектронна емісія відбувається при температурах, при яких випаровування самого речовини ще мало. Такі речовини і використовуються для виготовлення катодів. 
При самостійному розряді нагрів катода може відбуватися за рахунок бомбардування його позитивними іонами. Якщо енергія іонів не дуже велика, то вибивання електронів з катода не відбувається і електрони випромінюються внаслідок термоелектронної емісії.