Шестак Вакуумная техника. Концепция разреженного газа 2012

В целом для стабильной работы современных автокатодов требуется вакуум, на один-три порядка более высокий, чем тот, который нужен для термокатодов (требуемое для автокатодов давление составляет менее 10−3 Па).

Ион-электронная эмиссия (допустимо использовать термин «ионно-электронная эмиссия») –

испускание электронов при бомбардировке поверхности ионами. Известны два механизма ионэлектронной эмиссии: потенциальный (вырывание электронов из тела полем подлетающего иона) и кинетический (выбивание электронов из тела за счет кинетической энергии иона).

Потенциальная ион-электронная эмиссия сильно зависит от состояния поверхности, поскольку она определяется работой выхода.

Наименьшая энергия ионов, необходимая для выбивания электронов, составляет десятки элек- трон-вольт. Энергии большинства выбитых электронов очень малы и составляют (1 – 3) эВ.

Кинетической ионно-электронной эмиссии практически нет при энергиях ионов менее 1 кэВ, потом возрастает линейно, потом медленнее, проходит через максимум и убывает, в случае энергий ионов порядка единиц МэВ коэффициент падает примерно до единицы.

Ион-электронная эмиссия играет существенную роль в работе ряда электронных газоразрядных приборов, в которых источником электронов является катод, бомбардируемый ионами. В некоторых случаях процесс ион-электронной эмиссии создает основное количество электронов в объеме прибора, что и поддерживает самостоятельный разряд в газе.

Ионизация, разряд и низкотемпературная плазма

Ионизация – одно из важнейших явлений, рассматриваемых в газовой электронике. При ионизации происходит образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. Термином «ионизация» обозначают как элементарный акт ионизации атома или молекулы, так и совокупность множества таких актов, приводящих к ионизации газа в целом.

Рис. 1.2.28. Ионизация молекул электронным ударом

В вакуумной технике обычно принято ориентироваться на простейший акт ионизации – столкновение первичного электрона, имеющего энергию Wе с молекулой, отрыв от молекулы одного электрона и образование положительного иона по схеме: N2 + е → N2+ + 2е.

Свойства молекулы по отношению к такой ионизации характеризуют её ионизационным потенциалом Vi, представляющим собой энергию ионизации Wион , деленную на заряд электрона qe = 1,6021892 10−19 Кл. Ионизационный потенциал – мера энергии ионизации, которая равна работе вырывания электрона из атома или молекулы и характеризует прочность связи электрона в атоме или

91

молекуле. Размерность ионизационного потенциала принято выражать в вольтах, численно ионизационный потенциал равен энергии ионизации Wион, эВ.

Характерные значения ионизационного потенциала зависят от типа молекул и составляют, например для азота 14,5 В, для кислорода 12,5 В.

Если энергия ионизации Wион сообщается ионизуемой молекуле другой частицей (электроном или ионом155) при их столкновении, то ионизация называется ударной.

При взаимодействии электронов с молекулами наряду с образованием молекул ионов возможна и диссоциативная ионизация с образованием осколочных ионов, например: Н2 + е → Н + + Н + 2е. Такой процесс становится возможным, когда Wе достигает некоторой пороговой величины. В приведенном примере эта величина (потенциал появления иона Н+) равна сумме энергии ионизации молекулы 13,6 эВ и энергии ее диссоциации 4,5 эВ, что составляет 18,1 эВ. Диссоциативный ионизационный потенциал молекулы N2 – 15,581 В.

В разреженных газах повышается вероятность рекомбинации156 ионов как на молекулах остаточного газа, так и на стенках вакуумной камеры, поскольку длина свободного пробега иона больше или соизмерима с размерами системы, время жизни иона в отсутствии электрического и (или) магнитного полей определяется только временем пробега иона между стенками. При меньших длинах свободного пробега время жизни иона tиона ~ x2/2D, где х – расстояние между стенками, D – коэффи-

циент диффузии иона (когда отсутствуют электромагнитные поля ион, ведет себя аналогично свободной молекуле).

Вероятность ударной ионизации, характеризуемая эффективным поперечным сечением ионизации, зависит от концентрации молекул в объеме, рода ионизуемых молекул, вида бомбардирующих частиц и кинетической энергии последних. Эта вероятность до некоторого минимального (порогово-

го) значения Wе порог, например при бомбардировке электронами, равна нулю; при увеличении Wе >Wе порог она вначале быстро возрастает, достигает максимума, а затем убывает (см., например, зависимо-

сти эффективного поперечного сечения ионизации молекулярных азота и водорода при ударной ионизации электронами, представленные на рис. 1.2.24). Спад происходит за счет того, что при увеличении скорости электронов сокращается время их взаимодействия с молекулами (атомами).

Максимум зависимости эффективности ионизации, принимаемой как число ионов, образуемых электроном на 1 см пути в газе при давлении 102 Па и температуре 273 К, от энергии бомбардирующих электронов для всех газов соответствует значению Wе ≈ 100 эВ.

Это значение определяет диапазон ускоряющих и тормозящих электроны напряжений, применяемый во всех устройствах и приборах вакуумной техники и в электровакуумных приборах, в которых используется явление ионизации.

Если энергии, передаваемые ионизуемым частицам в столкновениях, достаточно велики, возможно образование не только одно-, но и многозарядных ионов. При столкновениях атомов и ионов с атомами может происходить ионизация не только бомбардируемых, но и бомбардирующих частиц. Это явление известно под названием «обдирки пучка частиц»; налетающие нейтральные атомы, теряя свои электроны, превращаются в ионы, а у налетающих ионов увеличивается заряд. Обратный процесс – захват электронов, образующихся при ионизации молекул, налетающими положительными ионами называется перезарядкой ионов. Оба процесса являются экзотичными для вакуумной техники.

В определённых условиях частицы могут ионизоваться и при столкновениях, в которых передаётся энергия, меньшая Wион: сначала молекулы возбуждаются ударами, после чего для их ионизации достаточно сообщить им энергию, равную разности Wион и энергии возбуждения. Тогда накопление необходимой для ионизации энергии осуществляется в нескольких последовательных столкновениях. Подобная ионизация называется ступенчатой. Она возможна, если столкновения происходят столь часто, что частица в промежутке между двумя соударениями не успевает потерять энергию, полученную в первом из них. Для вакуума ступенчатая ионизация возможна только при высокоинтенсивных

155 В вакуумной технике известны (см., например, в кн.: Кучеренко Е.Т. Справочник по физическим основам вакуумной техники. Киев: Вища школа, 1981, с. 143−145) так называемые радиоизотопные манометры, в которых ионизация молекул газа производилась α-частицами – двухзарядными положительными ионами гелия (ядрами гелия). Энергия α-частиц, испускаемых различными радиоактивными элементами, составляет примерно от 4 до 10 МэВ. При скорости α-частиц 108 см · с−1 сечение ионизации газа в 10 раз больше, чем сечение ионизации при бомбардировке электронами.

156 Процесс, обратный ионизации.

92

потоках ионизирующих частиц (например, в ускорителях заряженных частиц при прохождении пучка частиц через остаточный газ).

В 1904 г. англичанин Флеминг сконструировал электровакуумный диод, основными частями которого являются два электрода, находящиеся в вакууме: металлический анод А и металлический катод К или «горячий», нагреваемый электрическим током до температуры, при которой возникает термоэлектронная эмиссия; или «холодный», обеспечивающий формирование электрического поля, в которое попадают свободные («солнечные») электроны (рис. 1.2.29).

При высоком вакууме разряжение газа между электродами таково, что длина свободного пробега электронов значительно превосходит расстояние между электродами, поэтому при положительном относительно катода напряжении на аноде Ua электроны движутся к аноду, вызывая ток Ia во внешней цепи. При отрицательном напряжении анода электроны возвращаются на катод и ток в анодной цепи равен нулю (свойства классического диода – односторонняя проводимость). В 1907 г. американец Ли де Форест изобрел триод, поместив между катодом и анодом металлическую сетку С и подавая на нее положительное напряжение Uс. Для нашего рассмотрения усилительные свойства триода неинтересны, но интересно то, что часть электронов, пройдя сетку, могут развернуться и начать движение на сетку как на новый анод при соответствующем подборе величин в неравенстве Uс > Ua.

Изображенный на рис. 1.2.29 процесс размножения электронов приводит к явлению, называемому газовым усилением тока. Коэффициент газового усиления при длине свободного пробега электронов λe и величине электрического поля E определяется как

где αi = λe−1 exp( – Vi /E λe) – коэффициент ионизации Таунсенда или число пар зарядов, рождаемых на пути электронов в 1 см, а d – величина зазора между катодом и анодом.

Число новых электронов nнов (х), рождающихся при движении электронов ne0 через газ на расстоянии х, определяется следующим образом:

dn = α ne0 dx,

и после интегрирования:

Процесс прохождения электрического тока через газ Iгаз называется газовым разрядом.

Зависимость силы тока Iгаз в зазоре между катодом и анодом от напряжения Ua представлена на рис. 1.2.30.

Если в газовом промежутке происходит ионизация молекул и образуются электроны и однова-

лентные ионы, то плотность тока jгаз можно записать как jгаз = e · n0(u+ + u-)·E, где n0 – плотность пар противоположно заряженных частиц (ионов и электронов) в единице объема; u+ и u- – подвижность

зарядов157; E= Ua /d – величина модуля напряженности электрического поля между катодом и анодом, В/м; d – расстояние от катода до анода.

157 Подвижность носителей заряда – отношение скорости направленного движения носителей заряда в веществе под действием электрического поля к напряженности этого поля. В газе подвижность ионов и электронов обратно пропорциональна давлению газа, массе частиц и их средней скорости; подвижность электронов в несколько тысяч раз превосходит подвижность ионов. Подвижность электронов 0,1 м2/(В · с), подвижность ионов воздуха примерно 2 · 10−4 м2/(В · с).

93

Практически, для области I на зависимости рис. 1.2.30 мы имеем выполнение закона Ома и подтверждение того, что в газе всегда существуют свободные носители зарядов («солнечные» электроны и ионы). В области II линейность зависимости нарушается из-за убывания количества ионов за счет рекомбинации, в области III наступает насыщение, происходящее из-за того, что все носители зарядов достигают электродов – электроны анода, а ионы – катода. При объемной ионизации и газовом усилении имеем возрастание числа носителей в зазоре и область IV на зависимости.

Область IV на рис. 1.2.30 – самая интересная с точки зрения рассмотрения физических процессов в разреженных газах и их использования в вакуумной технике. Именно в этом диапазоне напря-

жений Ua происходят электрические пробои газового промежутка158 и (или) переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный с последующим образованием плазмы.

Чтобы совершить ионизацию, электрон должен пролететь в поле с напряженностью Е вполне определенное расстояние, создать определенное число ионов и, что особо важно, новые электроны.

Для пробоя необходимо, чтобы коэффициент αi достиг определенного значения, то есть электрон совершил в промежутке достаточное число эффективных столкновений. Известно, что большая часть столкновений не приводит к ионизации, а идет на нагрев и излучение, значительное число электронов вылетает из промежутка или «прилипает» к атомам и молекулам. Экспериментально определено, что αi должен быть больше 20.

Условие самостоятельности разряда определено в теории разряда Таунсенда159 соотношением αi /р = f (Е/р), где р – давление газа в промежутке.

Разряд становится самостоятельным при условии:

Физический смысл этого выражения таков:

с катода вылетел 1 электрон или он уже был в промежутке в свободном состоянии → далее → в промежутке d в результате ионизации образовалось еxp(αid) электронов → в промежутке d образовалось [еxp(αi d) – 1] ионов → далее → эти ионы, ударяясь о катод, создали γ [еxp (αi d) – 1] новых электронов, то есть как минимум создали один новый электрон.

Если все вышеперечисленные условия выполнены, при малой мощности источника и малом давлении возникает самостоятельный «тлеющий» разряд. Внешне разряд проявляется свечением газа160, что используется при создании различных устройств и приборов современной электроники и светотехники.

При приложении к промежутку катод – анод, заполненному газом при давлении около 105 Па, напряжения несколько тысяч вольт газ внутри трубки остаётся тёмным, так как в газовом промежутке не возникает самостоятельный разряд. Однако при разрежении газа в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе – малинового цвета, в других газах – иных цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит электричество. При

158Можно получить зависимость разрядного напряжения от внешних факторов, так называемый закон Пашена U = f (p · d) или, в другом виде, E/p=F (p · d). Здесь р – давление в газе, d – межэлектродный промежуток. Отметим, что напряжение пробоя зависит от произведения р · d, т.е. уменьшая зазор, но увеличивая давление, получим одинаковую электрическую прочность газового промежутка. Для воздуха минимум пробивного напряжения составляет 300 В, и он достигается вблизи p · d ~ 1 Па · м.

159Теория Таунсенда не учитывает время разряда, наличие канала разряда и отклонение пробивных напряжений при больших расстояниях.

160Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей из повседневной практики, является свечение неоновых ламп. См. подробнее интересное эссе: Авдонин Е.В. Инженерный центр «Русский свет». URL: http://www.signgallery.ru/?p=805.

94

дальнейшем разрежении светящийся шнур размывается, расширяется, и свечение заполняет почти всю трубку.

Спектр испускаемого люминесцентными лампами света дискретный – красная, зелёная и синяя составляющие в определённой пропорции, плюс незначительные спектральные пики других цветов от примесей люминофора. Энергия освещения распределяется по этим узким полосам спектра, поэтому эти лампы значительно (в 3 – 4 раза) экономичнее ламп накаливания161 (у последних до 95 % энергии занимает инфракрасная область спектра, невидимая человеческим глазом).

При давлении газа около 10 Па тлеющий разряд приобретает характерный вид: имеется несветящаяся часть разряда, прилегающая к катоду и получившая название тёмного катодного пространства, и светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки вплоть до самого анода, получившая название положительного столба. Почти всё количество света, испускаемого при разряде, исходит от его положительного столба.

Декоративная плазменная лампа, иллюстрирующая красоту «холодных» плазменных явлений в разреженном газе, включая филаментацию (нитеобразование, объясняемое возникновением стримеров – каналов разряда). Свечение плазмы в вакууме обусловлено переходом электронов из высокоэнергетического состояния в состояние с низкой энергией после рекомбинации с ионами. Этот процесс приводит к излучению со спектром (цветом), соответствующим возбуждаемому газу.

Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются ионизация электронным ударом и выбивание электронов с катода положительными ионами (вторичная электронная эмиссия с катода).

Важнейшее применение тлеющий разряд получил в квантовых источниках света – газовых лазерах.

161 Как заявила в октябре 2009 г. министр экономического развития РФ Эльвира Набиуллина, Правительство РФ намерено запретить оборот в России всех ламп накаливания с 1 января 2014 г.

95

Свободные носители заряда в газе при росте их концентрации образуют газоразрядную плазму. Плазма различается по степени ионизации газа: слабо, умеренно и полностью (высокотемпературная плазма) ионизированный газ.

Плазма, как было показано в разделе 1.1.1, является четвертым агрегатным состоянием веществ: твёрдое тело, жидкость, газ, частично или полностью ионизованный газ, а точнее, плазма. По сравнению с другими фазовыми переходами переход газа к плазменному состоянию осуществляется постепенно по мере накопления свободных носителей заряда.

Для образования плазмы необходимо добиться определенной плотности заряженных частиц в конкретной области пространства. Эта плотность определяется из неравенства Lплазмы >> DДебая, где Lплазмы – линейный размер плазменного образования, DДебая – дебаевский радиус экранирования162.

где qi , ni , Ti – заряд, концентрация и температура i-го сорта частиц плазмы, ε0 – электрическая постоянная, k – постоянная Больцмана. Суммирование ведется по всем сортам частиц.

Температуру удобно измерять не в градусах, а в единицах измерения характерной энергии движения частиц, например в электрон-вольтах (эВ). Для перевода температуры в эВ можно воспользоваться уже упоминавшимся соотношением: 1 эВ = 11600 K (кельвин). Таким образом, становится понятно, что температура в «десятки тысяч градусов», о которой часто говорят в физике плазмы, достаточно легко достижима.

В газовых разрядах создается неравновесная плазма – электронная температура существенно превышает температуру ионов. Это происходит из-за различия в массах иона и электрона, которое затрудняет процесс обмена энергией. Такая ситуация встречается, когда ионы имеют температуру около сотен, а электроны около десятков тысяч K.

Даже слабо ионизированный газ, в котором менее 1 % частиц находятся в ионизированном состоянии, может проявлять некоторые типичные свойства плазмы (взаимодействие с внешним электромагнитным полем и высокая электропроводность). Степень ионизации î определяется как î = ni /(ni + n), где ni – концентрация ионов, а n – концентрация нейтральных молекул.

Для низкотемпературной (холодной) плазмы характерна малая (до 1 %) степень ионизации. Чаще всего такую плазму создают с помощью ударной ионизации молекул электронами. Типичные применения низкотемпературной плазмы включают плазменную модификацию свойств поверхности (например, формирование алмазных пленок и нитридирование металлов163), плазменное травление поверхностей (полупроводниковая промышленность), очистку газов и жидкостей (озонирование воды и сжигание частичек сажи в дизельных двигателях), работа в современных телевизионных экранах164.

Высокотемпературная (горячая) плазма имеет степень ионизации ~100 %. Обычно именно она понимается под «четвертым агрегатным состоянием вещества». Примером может служить Солнце с гигантскими турбулентными движениями плазмы при температуре свыше 6000 К.

Если в газе возникают носители зарядов, то с помощью электрических и магнитных полей, создаваемых в электродных системах различной конфигурации, мы можем не только осуществить их захват и накопление в пространстве для формирования плазмы, но и решить нашу «вакуумную задачу» по управлению движением бывших нейтральных молекул (ионов).

162Дебаевский радиус экранирования – расстояние, на которое распространяется в плазме действие электрического поля отдельного заряда.

163В одном из вариантов получения алмазных пленок порошок фуллерена (сферы 60 атомных молекул углерода) испаряется и вводится в аргоновую плазму, что вызывает распад сфер на двухатомные молекулы углерода – димеры, которые и образуют пленку мелких алмазных кристаллов диаметром (3 – 5) нм.

Внастоящее время самым ярким примером нитридирования металлов является покрытие нержавеющей стали нитрид-титановой пленкой (например, путем распыления титана в плазме азота). Такое покрытие широко применяется в строительстве и восстановлении куполов храмов, так как имеет высокую износостойкость и цвет «под золото».

164Принцип действия телевизионной плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения. В свою очередь это излучение возникает при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому-то газоразрядные панели, работающие на этом принципе, и получили название «газоразрядных» или, что то же самое, «плазменных» панелей.

96

Время развития разряда сильно зависит от молекулярной концентрации газа. При давлении 10–1 Па разряд зажигается практически мгновенно, а при давлении 10–9 Па – может зажигаться в течение 10 мин.

Рис. 1.2.32. Ячейка Пеннинга – электромагнитная ловушка электронов:

1 – магнитное поле; 2 – катоды; 3 – цилиндрический анод; 4 – область, занятая плазмой тлеющего разряда; 5 – спиралевидные траектории осцилляции электронов между катодами (циклоиды); 6 – свободные электроны и электроны, образовавшиеся в процессе ионизации; 7 – образованные ионы; 8 – нейтральные молекулы газа; 9 – молекулы, десорбирующиеся с поверхности

Ионы, образующиеся в разряде, бомбардируют катодные пластины. Явления, происходящие при их взаимодействии с поверхностью, существенно отличаются от явлений при бомбардировке нейтральных молекул внутренних поверхностей вакуумных камер, к которым следует отнести:

физическую и химическую сорбцию;аккомодацию молекулами температуры и импульса количества движения поверхности;десорбция «налипших» на поверхность молекул.

При контакте образованной плазмы, в которой кинетическая энергия бомбардирующего поверхность иона, существенно превышает порог энергии, необходимой для нарушения структуры твердого тела, с поверхностью происходит не только образование дефектов в поверхности, но и эмиссия атомов твердого тела в вакуум, то есть распыление твердого тела.

Отражение от поверхности ионов большинства газов сопровождается практически полной их нейтрализацией.

Таким образом, на границе раздела плазма – твердое тело наряду с падающими на поверхность первичными потоками частиц образуются покидающие твердое тело вторичные потоки: электроны, распыленные атомы материала поверхности, отраженные и нейтрализованные ионы, а также десорбированные с поверхности молекулы.

На рис. 1.2.33 изображена магнетронная система удержания электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. В этой системе должным образом выбранная напряженность магнитного поля не разрешает электронам уйти на анод.

Рис. 1.2.33. Магнетронная система накопления электронов

(электроны движутсяGпо циклоидам в скрещенных электрическом E и магнитном B полях;

Fлоренц = q · ve · В · sin , αгде α – угол между векторами скорости электрона ve и напря-

женности магнитного поля BG)

98

При движении электронов к аноду возникает сила Лоренца, в результате чего траектория электронов представляет собойG циклоиду для плоских или гипоциклоиду для цилиндрических систем.

Результирующая сила FEB , действующая на заряженную частицу в скрещенных электрическом E и магнитном BG полях, определяется следующим образом:

Так же, как и в любой ловушке, в магнетронной системе происходит накопление электронов и рост отрицательного пространственного заряда, возникает разряд и формируется плазма. Причем катод может эмитировать электроны («горячий катод»), а может и не эмитировать, используя свободные «солнечные» электроны («холодный катод»).

Реализация идеи управления движением молекул

Ярким примером управления движением молекул может явиться ионный насос – вакуумный насос, в котором откачиваемый газ подвергается интенсивной ионизации, а образующиеся положительно заряженные ионы удаляются под действием электрического поля, то есть создается направленный поток молекул-ионов в направлении идеального стока. С помощью ионного насоса по оценкам можно создать разрежение 10−4 Па. Однако следует помнить, что для 100 % ионизации 1 м3 воздуха при нормальных условиях требуется более 107 Дж166!

Рис. 1.2.34. Схема ионного двигателя:

1 – подвод рабочего газа; 2 – ионизатор; 3 – пучок ионов; 4 – фокусирующий электрод; 5 – ускоряющий электрод; 6 – замедляющий электрод; 7 – нейтрализатор – источник электронов; 8 – основной источник энергии; 9 – вспомогательный источник энергии для управления пучком

Не менее интересным выглядят идеи ионных двигателей, вариант схемы которого изображен на рис. 1.2.34. Ионный двигатель – разновидность ракетного двигателя167. Его рабочим телом является ионизированный газ (ксенон или цезий).

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа, последующем ускорении ионов в электростатическом поле и их дальнейшей нейтрализации. При этом благодаря высокому отношению

166Технические сложности и стоимость реализации этой очередной «мечты» физиков можно обсуждать.

167Сила тяги в ракетном двигателе возникает в результате преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела (например, нейтрализованных ионов).

99

заряда к массе становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (выше 200 км/с по сравнению с (3 – 4,5) км/с у химических ракетных двигателей). В открытом космосе при достаточно долгой работе маршевого двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей

Приведенные примеры говорят о том, что ионизация нейтральных молекул и последующий перевод газа в состояние низкотемпературной плазмы открывают новые возможности в создании как вакуумных приборов, так и вакуумных технологий.

Вопрос о типе ионизатора и его эффективности является ключевым в разделах техники, связанных с использованием ионизации газа.

Вопросы контроля и поддержки

1.Поясните, почему газовая электроника представляет собой отдельную область физики? С какими другими областями она тесно граничит?

2.Приведите примеры, поясняющие исторические этапы развития газовой электроники.

3.Для каких именно нанотехнологий необходима вакуумная техника?

4.Каким образом современные телевизионные системы используют достижения вакуумной техники и газовой электроники?

5.Почему концепции современного естествознания важны для ученых, от чего эти концепции предохраняют?

6.Почему закон Кулона не применяется в вакуумной технике, несмотря на то, что он справедлив в вакууме?

7.Что за силы действуют при взаимодействии молекул с молекулами и молекул с поверхностя-

ми?

8.Опишите свойства «свободных электронов» в вакууме и их роль при формировании газового разряда.

9.Почему для поддержания эмиссии электронов необходимо создание внешнего электрического поля, обеспечивающего увод испускаемых электронов от эмиттера?

10.Какие задачи в вакуумной технике решаются и могут решаться с помощью ионизации моле-

кул?

11.Опишите процессы, сопровождающие генерацию рентгеновского излучения. Почему вакуумные условия в рентгеновской трубке очень сложны?

12.Почему коэффициент вторичной электронной эмиссии с увеличением энергии первичных электронов сначала возрастает, а потом начинает убывать?

13.Поясните: существует ли вакуум в микроканальных пластинах?

14.Изобразите схему ионизации, которая принята в рамках вакуумной техники.

15.Поясните механизм ударной электронной ионизации.

16.Что произойдет с электронами в вакуумном триоде, если напряжение на сетке будет больше напряжения на аноде?

17.Почему коэффициент Таунсенда прямо пропорционален давлению газа?

18.Какое явление называется газовым разрядом?

19.Объясните условие самостоятельности разряда.

20.Каким образом происходит накопление электронов в электродных системах: «катод – сетчатый анод», ячейка Пеннинга, магнетронная система?

100