6.2 Газдардағы және металл буларындағы электр разряды
Электр энергиясын аралық тасымалдағыштар – электрондар немесе иондар. Өткізгіштерде бос электрондар болғандықтан олар электр тогын жақсы өткізеді. Ерітінділерде бос иондар болады, сондықтан олар да электр тогын жақсы өткізеді. Газдар мен булар изоляторлар болғандықтан оларда бос энергия тасымалдағыштар болмайды. Электр тогының газ тәрізді ортада өтуінің оның металдар мен электролиттерде өтуінен ерекше айырмашылығы болады. Газдың немесе будың электрлік тесілуі және осының нәтижесінде электр тогының өтуі диэлектриктердегі осы құбылыстан да ерекше келеді. Электрлік тесілу диэлектриктерді бұзады және олрды толық немесе жары-жартылай өткізгішке немесе шала өткізгішке айналдырады.
Егер тесілу нәтижесінде химиялық реакция өтпесе, газ немесе бу электр өрісін алғаннан кейін өзінің қасиеттерін қайтадан қалпына келтереді. Газдардағы және металл буларындағы электр разрядының сипаты мен механизімі негізінде ортаның қасиеттеріне, берілген кернеуге және электр тогының тығыздығына байланысты болады.
Қазіргі уақытта газ-разрядттық сәулелену көздерінде сынап буларындағы разряд кең пайдаланылады. Осы разрядта сәулелену энергиясының негізгі бөлігі толқын ұзындығы λ=253,7 нм болатын сынаптың резонанстық сәулеленуімен сипатталады.
Құрамында газдық аралық болатын электр тізбегімен электр тогы өтуі үшін, электрондар катод бетінен газға, ал газдан анод бетіне көшуі керек. Қатты өткізгіштің (катодтың) бетінен электрон ұшып шығуы үшін электрод пен газдың шекарасында болатын потенциалдық кедергіні жеңуге энергия шығындау қажет болады.
Бұл энергия «шығу жұмысы» деп аталады, электрон-вольтте өлшенеді және катод бетінің материалына, оның температурасына және газдың табиғатына байланысты келеді. Катод бетінен электрондардың шығуын жеңілдету үшін арнайы тәсілдер қолданылады, мысалы, электродтарды алдын ала қыздырады немесе олардың бетін катодтың эмиссиялық қасиетін жоғарылататын актив заттармен қаптайды. Электрондар анод бетіне түскенде олар энергиясының бөлігі анодты қыздыруға шығынданады.
Газдағы немесе металл буындағы электр разрядының сипаты мен механизмі разрядтық токтың тығыздығына және ортаның қасиеттеріне, әсіресе жұмыс режиміндегі қысымға өте тәуелді келеді.
Газдағы разряд тәуелсіз және тәуелді болып екі түрге болінеді. Тәуелсіз разряд – электродтарға берілетін потенциалдар айырымының әрекетінен газ– разрядтық аралықта пайда болатын ішкі процестер сақталатын разряд. Тек сыртқы себепкершарттар (иондайтын сәулелену, энергия көзінен электродтарды алдын ала қыздыру және т.б.) әсер еткенде ғана пайда болатын разряд тәуелді разряд деп аталады. әуелсіз разрядтың мынадай негізгі формаларын ажыратады:
Жай разряд өте кіші ток тығыздығымен (10-6 А/см2 дейін) және көз шаларлық шығармайтындығымен сипатталады.
Солғын разряд көзге түсерлік жарқыл шығаруымен сипатталады. Разряд тогының тығыздығы 10-2...10-4 А/см2 болады.
Доғалық разряд катод бетінен электрондар эмиссиясының қарқындылығымен, электродтар аралығының тасқын тәріздес иондануымен және жарқыл шығаруының айтарлықтай жарықтылығымен сипатталады. Разряд тогының тығыздығы үлкен мәнге (ондаған және жүздеген А/см2) дейін жетуі мүмкін.
Қысымды және разряд тогы тығыздығын өзгертумен бір разрядтық аралықта разрядтың жоғарыда келтірілген үш формасының кез келгенін жүзеге асыруға болады. Разрядтың белгілі формада өтуі және оның басқа формаға ауысуы зарядталған бөлшектердің пайда болуына мүмкіндік туғызатын сыртқы себепкер шарттардың әрекетіне байланысты болуы мүмкін.
Разрядтың формасын басқа формаға көшуін газ-разрядтық аралықтың статикалық вольт-амперлік сипаттамасы бойынша бақылауға болады (6.1 сурет).
Электродтарға берілген кернеу біршамаға жеткенде разрядтық аралықта пайда болған жай разряд ток тығыздығының өсуінен аралықтың электрлік қасиеттері өзгеруі нәтижесінде солғын разрядқа дамиды, ал содан соң доғалық разрядқа айналады. Вольт-амперлік сипаттаманың әр түрлі телімдеріне сәйкес келетін кернеу мәні негізінде газдың немесе металл буларының қасиеттерімен және қысыммен анықталады. Разрядтың әртүрлі формасына сәйкес келетін электр тогының шектері катод материалының қасиеттеріне, оның пішіні мен бетінің жағдайына байланысты болады.
6.1 сурет – Газ-разрядтық аралықтың вольт-амперлік сипаттамасы:
1-жай разряд; 2-өтпелі облыс; 3-әдеттегі солғын разряд; 4-аномал солғын разряд; 5-доғалық разряд
Ток тығыздығы белгілі деңгейге дейін жоғарылағанда электродтар аралығының иондануы тасқын тәрізді болуы мүмкін. Осы кезде ток өскенде аралықтың кедергісі кенет төмендейді. Сондықтан электродтар аралығындағы газды орта кедергісінің белгілі өзіне сәйкес келетін мәні болмауы мүмкін.
Негізгі разрядтық сәулелену көздерінің жұмыс режимі доғалық разряд болып табылады. Вольт-амперлік сипаттаманың осы разрядқа сәйкес келетін бөлігі құламалы келеді, яғни ток шексіз өсе беруі мүмкін.
Газдағы немесе металл буларындағы электр разрядының осы ерекше қасиеті өте маңызды келеді. Ол газ-разрядтық сәулелену көзін қиратпай сақтау үшін разряд тогын шектеуге арналған арнайы кедергіні шамға тізбектеп қосуға мәжбүр етеді. Ол кедергі балластық деп аталады.