Глава 5. Основные виды электрического разряда в газе

5.1. Классификация разрядов

Электрические разряды в газе подразделяются на самостоятельные и несамостоятельные. Несамостоятельным называется разряд, требующий для его поддержания независимого источника заряженных частиц (нагревание катода, облучение газа светом, рентгеновским или радиоактивным излучением).

Самостоятельным называется разряд, в котором генерация зарядов и их

движение в разрядном промежутке осуществляется только за счёт энергии внешнего электрического поля.

Самостоятельный разряд в свою очередь подразделяется на несколько типов:

1.Тлеющий разряд характеризуется большим катодным падением

потенциала и своеобразным чередованием тёмных и светлых полос. Тлеющий разряд возникает при средних давлениях (0,1-104 Па) и среднем внутреннем сопротивлении источника питания.

2.Дуговой разряд возникает при высоких давлениях и наличии мощного источника питания.

3.Искровой разряд имеет вид зигзагообразных ломаных линий, сопровождается характерными звуковыми эффектами. Искровой

разряд возникает при высоком давлении и наличии высоковольтного, но маломощного источника питания.

Можно отметить также такие виды разрядов как коронный, факельный, высокочастотный (ВЧ) и сверхвысокочастотный (СВЧ).

5.2. Несамостоятельный газовый разряд

Несамостоятельный разряд был впервые экспериментально исследован Столетовым при изучении фотоэффекта. Объяснение основных

закономерностей несамостоятельного разряда было дано Таунсендом в его теории электронных лавин. Рассмотрим процессы между двумя находящимися в газовой среде плоскими электродами, к которым приложена разность потенциалов Uа (рис.5.1).

Допустим, что

∙Напряжённость поля в пространстве между электродами постоянна и равна U/d;

∙напряжённость поля достаточно велика, чтобы обеспечить направленное движение электронов и ионов;

∙из катода под действием внешних факторов в единицу времени выходит ν электронов.

89

Рис. 5.1. Развитие лавины в разрядном промежутке

Двигаясь в электрическом поле, электроны приобретают энергию и ионизируют газ, что приводит к образованию электронной лавины, схематически показанной на рис 5.1. Число электронов, образованных в единицу времени на отрезке dx, будет равно

a×nx×dx = dnx,

где a – число электронов, образованных одним электроном на пути в 1 см (первый коэффициент Таунсенда).

Разделим переменные:

В более общем случае, когда из-за сложной конфигурации электродов или влияния объёмного заряда напряжённость поля непостоянна, можно записать:

Эффект газового усиления тока при несамостоятельном разряде используется в газонаполненных фотоэлементах.

Расчёты коэффициента газового усиления по приведённым выше формулам в ряде случаев приводят к заниженным значениям. Это связано с неучётом явления выбивания электронов из катода положительными ионами.

Эмиссия электронов под действием ударов положительных ионов

90