Коэффициент ударной ионизации

Энергию, необходимую для возбуждения или ионизации, нейтральная частица получает в результате столкновения с электроном который разгоняется электрическим полем и отдаёт ей свою кинетическую энергию. Такой процесс ионизации газа называется ударной ионизацией и характеризуется коэффициентом ударной ионизации .

(2.16)

где х_и – расстояние, которое должен пролететь электрон, чтобы накопить достаточную для ионизации энергию;

 - средняя длина свободного пробега.

Расстояние х_и зависит от требуемой энергии ионизации W_и и напряжённости электрического поля Е

(2.17)

где U_u – напряжение ионизации, В

Число столкновений z электрона с частицами газа на пути в 1см пропорционально давлению

(2.18)

Поэтому

(2.19)

где А и В =АW_и/е – постоянные зависящие от характеристик газа и значения температуры.

Обычно коэффициенты А и В для каждого газа определяются по экспериментально получаемым зависимостям отношения /р от отношения Е/р при Т=const

(2.20)

Например, для воздуха

(2.21)

где Е – напряжённость эл. поля, В/см;

р – давление, мм. рт. ст.; Т=293К.

В процессе ионизации образуются электроны, положительные ионы и фотоны. Последних образуется много больше, поскольку энергия возбуждения много меньше энергии ионизации.

Образовавшиеся новые электроны также участвуют в процессе ионизации, образуя лавину электронов. Однако некоторая часть электронов при столкновении с нейтральными молекулами или атомами может быть ими захвачена и могут образоваться отрицательные ионы. Устойчивость отрицательных ионов зависит от энергии сродства атома к электрону W_c, т.е. от энергии, которая выделяется при захвате электрона атомом:

Вещество	F	Cl	O	O2	Н	Не
Wс, эВ	3.6	3.8	2.0	0.9	0.7	<0

Если W_е <0, как у Не, то образование отрицательного иона невозможно.

Процесс захвата электронов частицами газа характеризуется коэффициентом прилипания электронов  (число прилипаний на пути в 1см). Таким образом, вводится эффективный коэффициент ударной ионизации равный

(2.22)

, (2.23)

где  - относительная плотность воздуха

(2.24)

где р и Т – давление и температура воздуха в расчётных условиях или опыте;

р₀=101.3кПа=760мм рт. ст.

Т₀ =293К – нормальные атмосферные условия.

При =1, то _эф>0 при условии, что Е>24.5кВ/см, т.е. Е=24.5кВ/см – является критической или пороговой, т.к. при превышении 24.5кВ/см в нормальных атмосферных условиях становится возможной ионизация воздуха.

Лекция №3

Фотоионизация

В процессе ионизации газа возникает большое число возбуждённых частиц, которые, переходя в нормальное состояние, испускают фотоны.

Если энергия фотона превышает энергию ионизации W_и

(2.25)

где  - частота излучения;

h – постоянная Планка (4.15*10^-15эВ*с),

то при поглощении его атомом или молекулой освобождается электрон, происходит акт фотоионизации газа.

Этот процесс относится к процессам вторичной ионизации. Соответственно появившиеся в результате этих процессов электроны называются вторичными.

Число вторичных электронов пропорционально числу атомов ударной ионизации. Коэффициент пропорциональности  называется коэффициентом вторичной ионизации.

Одновременно с ионизацией происходит процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц, называемый рекомбинацией.

(2.26)

где N=N₊=N_- - число заряженных частиц;

 - коэффициент рекомбинации;

N₀ – начальная концентрация частиц того или иного знака.