Процесс развития самостоятельного разряда

В самом начале возникновения самостоятельного разряда возникает первая электронная лавина, которая за время 10^-7–10^-8 с проходит к аноду и оставляет(!) за собой облако положительных ионов, так как ионы двигаются (к катоду) медленно (!). Объемный заряд положительных ионов искажает поле внутри разрядного промежутка.

После второй лавины поле еще сильнее искажается. При этом у анода поле становится слабее и эта область слабого поля у анода расширяется от лавины к лавине. Почти все поле «стягивается» к катоду (!).

Таким образом, почти все падение напряжения будет находиться вблизи катода. Анод как бы продвигается к катоду (А₁, А₂, А₃). С каждой лавиной расстояние между анодом и катодом становится все меньше и меньше: d₃<d₂<d₁<d.

Коэффициент ионизационного нарастания μ зависит от произведения αd. При стягивании электрического поля к катоду d – уменьшается, а α – увеличивается. Действительно, уменьшение d вызывает увеличение отношения (за счет увеличения Ɛ), а увеличение приводит к увеличению α, поскольку α и связаны соотношением .При стягивании поля к катоду значение α – увеличивается, а расстояние d – уменьшается.

Для этого рассмотрим зависимость величины от отношения .

При увеличении (=x) увеличивается (=y). При этом , как видно из рисунка, увеличивается на участке 0M. В точке M величина достигает максимального значения. Следовательно, и произведение αd в этой точке максимально. Вместе с ним здесь максимально и ионизационное нарастание !

После точки M произведение αd, а, следовательно, и μ уменьшаются. Видно, что ионизационное нарастание μ сначала растет до некоторого максимального значения в точке M, а затем уменьшается.

Развитие и установление самостоятельного разряда

Рассмотрим теперь процессы развития и установления самостоятельного разряда.

Допустим, что приложено такое напряжение V, и, следовательно поле , при котором произведение αd такое, что μ=1 (точка «В»). Тогда возникает лавина – первая лавина и анод «продвигается» к катоду, а увеличивается. Увеличение влечет за собой увеличение произведения αd и ионизационного нарастания μ. Таким образом, точка «В» является неустойчивой – в ней разряд не задерживается. Со следующими лавинами поле все сильнее и сильнее стягивается к катоду, а αd и μ – увеличиваются, достигают максимума в точке «М», а затем уменьшаются. Это уменьшение ионизационного нарастания μ происходит до тех пор, пока не станет удовлетворяться условие μ=1 (точка «С»). В точке «С» разряд будет устойчивым (!). Действительно, если поле будет дальше стягиваться, то величина μ будет меньше единицы. Поэтому лавина будет ослабевать, а поле станет растягиваться (объемный заряд будет рассасываться), то есть будет уменьшаться и система вернется в точку «С», где μ=1.

24.Напряжение зажигания самостоятельного разряда. Формы самостоятельного разряда

Условие зажигания: μ=1 ( ) описывает условие возникновения самостоятельного разряда в момент его зажигания. Напряжение на электродах, соответствующее этому состоянию, называется потенциалом (напряжением) зажигания V₃ .

Найдем эту величину. Для этого подставим в (24) величину : ,где учтено, что , и получим:

Откуда следует, что: Эта формула носит название закона Пашена.

Вспомним, что , . Из (25) видно, что зависит не от p и d поотдельности, а от их произведения (!). Зависимость от произведения pd называется зависимостью или кривой Пашена. Все кривые Пашена (кривые, построенные при различных значениях величин B, A и γ) имеют вид:

Кривые Пашена проявляют экстремальный характер, а именно, проходят через минимум. Появление минимума на зависимости (pd) объясняется следую-щим образом.

Если давление мало и , то большинство электронов беспрепятственно (без соударений) достигает анода, и число ионизирующих столкновений мало. В этом случае в зажигании разряда должна усиливаться роль γ-процессов, чего можно достичь повышением напряжения . То есть, при уменьшении p растет (левая часть зависимости (pd)).

Если же давление велико и , то число электронов ( ), получающих достаточную энергию , также невелико. Чтобы повысить это число, надо увеличивать поле Ɛ, то есть (правая часть зависимости (pd)). Очевидно, что где-то в промежутке между большими и малыми значениями pd должен быть минимум зависимости . После пробоя разрядного промежутка и возникновения самостоятельного разряда, его форма может быть различной в зависимости от 1) конфигурации электродов, 2) давления газа, 3) внешних электрических цепей. Самостоятельный разряд по форме может быть тлеющим, искровым, дуговым и коронным.