1.5. Умова самостійності розряду

Після проходження першої лавини в проміжку лавинний процес може поновлюватися, а може і затухнути. Для відновлення лавинного процесу потрібний хоч би один вторинний ефективний електрон. Якщо цей електрон виходить в результаті зовнішнього іонізатора - розряд називається несамостійним. Тобто, якщо прибрати зовнішній іонізатор, то лавинний процес не поновиться і розряд затухне. Якщо ж вторинний ефективний електрон виникає в результаті проходження первинної лавини - розряд називається самостійним. Розряд з несамостійного може перейти в самостійний, якщо збільшити прикладену до електродів напругу.

При самостійній формі розряду лавинний процес поновлюється, оскільки сама первинна лавина (і наступні вторинні теж) створює умову для відновлення процесу. Умови відновлення :

що 1) залишилося після проходження лавини позитивні іони, рухаючись до катода, бомбардують його і викликають емісію електронів з катода;

2) збуджені атоми і молекули, що утворюються разом з іонізацією, випускають фотони, які можуть призводити як до фотоіонізації в об'ємі проміжку, так і до фотоемісії електронів з катода. Вторинні електрони, що утворюються таким чином, призводять знову до утворення лавини в розрядному проміжку.

Кількість позитивних іонів, що залишилися в проміжку після проходження лавини, дорівнює кількості електронів в лавині (1.15), виключаючи початковий електрон, т. e.:

. (1.17)

Електрони, вибиті з катода, не усі беруть участь в утворенні вторинної лавини. Частина електронів рекомбінує з позитивними іонами. Сумарний процес утворення вторинних електронів з катода характеризується коефіцієнтом вторинної іонізації 𝛾 - другий коефіцієнт Таунсенду. Коефіцієнт 𝛾 залежить від матеріалу катода, складу і тиску газу і завжди 𝛾 << 1. Кількість вторинних електронів, утворених після проходження первинної лавини при самостійній формі розряду, має бути не менше:

(1.18)

Рівняння (1.18) є умова самостійності розвитку розряду в газовому проміжку. Воно показує, що в результаті проходження первинної лавини потрібна освіта, як мінімум, одного ефективного електрона, здатного запалити вторинну лавину.

1.6. Утворення стримера

В процесі розвитку лавини безперервно збільшується число електронів і позитивних іонів. Із збільшенням числа електронів в голівці лавини зростає напруженість на фронті лавини (рис. 1.5). На хвості лавини напруженість знижена. Електрони в голівці лавини зупиняються і можуть рекомбінувати з іонами. При рекомбінації випромінюються фотони, які здатні поблизу хвоста первинної лавини ионизовать нейтральні молекули, утворюючи вторинну лавину.

Вторинна лавина, слідуючи по силових лініях і маючи на голівці надлишковий негативний заряд (електрони), втягується в область позитивного об'ємного заряду, залишеного первинною лавиною. Електрони вторинної лавини змішуються з позитивними іонами первинної лавини і утворюють стример - область з найбільшою щільністю струму, яка, розігріваючись починає світитися, а найбільша концентрація часток (щільність струму) утворюється поблизу катода. Для фотоіонізації в об'ємі газу енергія фотонів має бути більше енергії іонізації. Цей процес успішно здійснюється в сумішах газів що містять компоненти з відносно низькою енергією іонізації (у тому числі і в повітрі). Бомбардування катода позитивними іонами ефективне при низьких тиски газу.

^{Критерієм переходу лавинного розряду в стримерний є критичне число} електронів в лавині. Розрахунки показують, що при числі електронів nкр ≥ 107 - 109 лавина переходить в стример. Для накопичення такої кількості електронів лавина повинна пройти певну критичну відстань 𝑥_кр. Отже, із збільшенням відстані між електродами зверху xкр лавина неизбежано перейде в стримерну форму розвитку розряду. Необхідно відмітити, що xкр залежить від тиску газу і його складу. Картина утворення стримера приведена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Механізм розвитку катодного стримера : 1 - электрод- катод, 2 - канал стримера, 3 - лавина, 4 - рух фотонів, 5 - електрон за рахунок фотоіонізації