22. Самостоятельный разряд. Лавинный разряд при объемной ионизации электронами и гамма-процессах на катоде
Самостоятельный разряд – это разряд, в котором электроны и ионы, необходимые для поддержания разряда, создаются им самим (!) в объеме газа или на электродах.
Лавинный разряд при объемной ионизации электронами и гамма-процессах на катоде
В лавинном процессе, рассмотренном ранее, роль положительных ионов ограничивалась лишь переносом зарядов. Однако при повышении напряженности поля возникают новые процессы, в которых положительные ионы принимают более активное участие. При этом возникают новые процессы:
1. ионизация атомов (молекул) ионными ударами;
2. эмиссия вторичных электронов из катода при бомбардировке катода ионами – вторичная электронная эмиссия из катода;
3. фотоэлектронная эмиссия катода, вызванная излучением самого (!) разряда.
Ионизация газа ионами (процесс 1) играет заметную роль только при очень больших энергиях ионов. Поэтому в теории разряда ею часто пренебрегают. Именно так мы и поступим далее.
Процесс 2,
приводящий к вторичной эмиссии электронов,
называется гамма-процессом. Действие
гамма-процесса учитывается с помощью
коэффициента γ:
(
– число выбитых электронов,
– число положительных ионов) –– числом
электронов, выбиваемых из катода одним
ионом. Величина γ зависит от
скорости ионов, то есть от напряженности
электрического поля Ɛ, давления
газа p, а также от
материала катода.
Получим выражение для тока через газ, учитывая: 1) ионизацию газа электронами, 2) γ-процессы, 3) фотоэффект.
Рассмотрим следующую модель:
электроды плоские;
фотоэлектронная эмиссия осуществляется потоком фотонов постоянной интенсивности.
–
число электронов, образуемых в
результате фотоэффекта в единицу
времени;
– число γ-электронов, образуемых при бомбардировке катода положительными ионами в единицу времени;
–
число электронов, пришедших на анод в
единицу времени;
– число положительных ионов, проходящих через поперечное сечение в единицу времени.
Обозначим
сумму
как
:
.
В результате объемной ионизации (в
результате лавинного процесса) число
электронов, попадающих на анод, возрастает
от
до
согласно
закона:
Число новых электронов – электронов,
возникших в лавине, будет равно:
Оно равно числу возникших ионов
.
Положительные ионы, обрушившиеся на
катод, выбивают
электронов:
Полное число электронов, вышедших из
катода, равно:
Откуда
Подставляя , получаем число электронов,
приходящих в единицу времени на анод:
Умножая на заряд e,
получаем плотность тока:
Формула
(22) показывает, что ток разряда
пропорционален фототоку
.
Коэффициент при
называется
коэффициентом газового усиления.
Из изложенного выше следует, что γ-процессы приводят к еще большему увеличению тока, чем увеличение тока только за счет лавинообразного процесса.
23.Зажигание самостоятельного разряда. Развитие и установление самостоятельного разряда
Если увеличивать напряженность поля Ɛ
(увеличивая, например, напряжение V),
то будут возрастать α и γ, и ток будет
возрастать. Опыт показывает, что при
увеличении напряжения V на разрядном
промежутке наступает такой момент,
когда ток резко (!)
возрастает и одновременно так же
резко (!) усиливается свечение
разряда. В этом случае разряд переходит
в одну из форм самостоятельного разряда.Из
выражения следует, что
неограниченно (!) возрастает при
приближении его знаменателя к нулю:
Эта формула и представляет собой искомое условие зажигания самостоятельного разряда. Впервые это условие было сформулировано Таунсендом.
Обозначим слагаемое
.
Тогда условие зажигания перепишется в
виде
Величина μ (=
– называется коэффициентом ионизационного
нарастания.