Позитивні іони рухаються у напрямку катода і, при зіткненні з ним, вибивають додаткову кількість електронів. Внесок вторинної іонно- електронної емісії збільшує значення коефіцієнту газового посилення k:

де -- коефіцієнт вторинної іонно-електронної емісії матеріалу катоду.

Самостійний газовий розряд виникає, коли напруга на електродах приладу і кількість первинних електронів, що помножуються за рахунок іонізації та вторинної емісії, зростають настільки, що виконується умова:

.

-- визначає кількість електронів у лавині, що ініційовані одним електроном;

-- різниця -- кількість іонів в лавині (-1 означає, що один з електронів лавини вийшов з катода, а не з'явився в результаті іонізації);

- число електронів, вибитих із катода іонами. Рівність цього числа одиниці означає, що електрон, який ініціював лавину і пішов до аноду, заміщається електроном, що виходять з катода під дією іонів лавини та забезпечується самопідтримка процесу.

Часто інтенсивність об'ємної іонізації вимірюють коефіцієнтом η = α / E, який визначається кількістю актів іонізації, скоєних одним електроном при проходженні різниці потенціалів в 1 В. Замінюючи α на η та враховуючи, що в момент виникнення розряду розподіл електричного поля в проміжку лінійний, тобто Е = Uв / l, можна отримати:

(eηU 1) 1 .

Розв*язавши рівняння щодо U, можна отримати вираз для визначення напруги виникнення самостійного розряду:

де U0 - поправка на початкову енергію електронів, що чисельно дорівнює потенціалу іонізації газу Ui.

Залежність коефіцієнта об'ємної іонізації газу від наведеної напруженості електричного поля Е / р0 може бути виражена, наприклад,

електрона при тиску в 1 Па і Т=0оС. Ae = Ae0 / р0.

Враховуючи, що в момент виникнення розряду розподіл електричного поля у проміжку лінійний, тобто Е = Uв / l, можна отримати залежність Uв = f (pl). Ця залежність була експериментально перевірена в різних газах німецьким фізикомUв Пашеном в 1889 р. тому і носить назву кривої Пашена.

Uв min

З ростом pl число зіткнень збільшується за рахунок збільшення кількості молекул або відстані, що проходять електрони, а ймовірність знижується внаслідок зменшення енергії, що набувають електрони на довжині вільного пробігу.

Іншими словами, при дуже малих pl в проміжку мало молекул через низький тиск або електрони пролітають на анод переважно без зіткнень із-за малої відстані. При великих pl через малу напруженість поля або малу довжину вільного пробігу електрони не можуть набрати енергію, достатню для ефективної іонізації.

ВАХ газового розряду

АВ При малих напругах на електродах (до 40-50В), газ є майже ідеальним діелектриком, а невеликий струм в 10-12—10-10 А визваний зовнішніми факторами (радіаційний фон, космічне випромінювання, температура катоду і т.д.).

ВС Струм між електродами незначною мірою збільшується з причини збільшення кількості заряджених частинок, що доходять до електродів без рекомбінації.

CD Ділянка газового посилення, при якій електрони вже мають достатню енергію для іонізації газу. Виникають вторинні електрони та іони, але процеси рекомбінації або деіонізації поки переважають.

AD Область несамостійного газового розряду, бо при ослабленні впливу зовнішніх факторів відбудеться зменшення струму розряду.

DL Область самостійного розряду, яка характеризується несуттєвим впливом зовнішніх факторів.

DE Ділянка тихого (таунсівського) розряду, потенціалом достатнім для виникнення самостійного розряду. Розвивається лавинний розряд.

EF Збільшення струму викривляє поле між електродами, основне падіння потенціалу приходиться на катодну область біля катоду за рахунок концентрації в ній позитивних іонів. Виникає самостійний розряд, який підтримується за рахунок вибивання іонами вторинних електронів з поверхні катоду.

FG Ділянка нормального тліючого або, при високих тисках, іскрового та коронного розрядів. Незначне збільшення потенціалу, за рахунок збільшення площі вторинно-електронної емісії при постійній щільності вторинного струму, приводить до значного збільшення струму розряду.