Часть I. Глава 2.Теория пробоя Таунсенда

2.7. Время разряда

Прежде всего, следует дать определение статического пробивного напряжения Uст. Статическим пробивным напряжением называется

напряжение пробоя при бесконечно малой скорости подъема приложенного к электродам напряжения. Практически для открытых воздушных промежутков длиной в несколько см пробивное напряжение перестает зависеть от времени воздействия напряжения, если последнее превышает 10-4÷10-3 с.

Время разряда определяется как время, прошедшее от момента достижения напряжения на электродах величины статического пробивного напряжения до момента сформирования между электродами проводящего пути [5]. Во времени разряда t p различают две состав-

ляющие: статистическое время запаздывания tст и время формирования разряда tф, т.е. t р = tст +tф .

Статистическое время запаздывания – время от момента достижения напряжения на электродах величины статического пробивного напряжения до появления «эффективного» электрона. «Эффективным» электроном называется электрон, появившийся у катода и начавший ударную ионизацию, которая, в конце концов, приводит к формированию между электродами проводящего пути. Не всякий электрон, появившийся у катода, является «эффективным». Часть из них, не успев начать ионизацию, захватывается молекулами, обладающими высокой электроотрицательностью. Захват электронов после начала ионизации может помешать развитию электронной лавины до необходимых для пробоя размеров.

вполне определенной величиной, тогда как статическое время запазды-

44

Часть I. Глава 2.Теория пробоя Таунсенда

вания может колебаться вокруг некоторого значения tстср . Поэтому, если no – общее число опытов, nt – число опытов, когда время разряда

клонной линией, аппроксимирующей экспериментальные данные, оп-

что каждый электрон, появившийся у катода, становится «эффективным», т.е. tст =1/ v , где v – частота появления электронов вблизи по-

верхности катода.

Величина tст, как и следовало ожидать, уменьшается с увеличени-

ем интенсивности облучения катода ультрафиолетом.

Такая закономерность подтвердилась и в опытах с разрядниками, помещенными в свинцовый ящик. Свинцовые стенки в значительной степени поглощают космические лучи и радиоактивное излучение земли. В результате в сильной степени снижается интенсивность иониза-

45

Часть I. Глава 2.Теория пробоя Таунсенда

ции воздуха, находящегося внутри ящика. В таких условиях tст дости-

гало нескольких секунд. Экспериментально было

показано, что величина tст

уменьшается с увеличением интенсивности ультрафиолетового облучения. Также получено, что tст

растет с увеличением работы выхода материала катода (рис. 2.12). Это объясняется тем, что чем больше величина Wв, тем меньше квантов из

спектра облучения вырывают электроны.

Снижение tст вызывает также

наличие пылинок на поверхности катода. При высоких давлениях газа, когда средняя напряженность поля при пробое становится значитель-

ной, локальное поле у микронеровностей или пылинок, расположенных на катоде, становится достаточным для автоэлектронной эмиссии, что ведет к уменьшению tст по сравнению со случаем отсутствия авто-

электронной эмиссии.

2. Время формирования разряда

Время формирования разряда определяется механизмом пробоя. Следует отметить, что теория Таунсенда, ограничиваясь выведением условия самостоятельности разряда, не рассматривает процесс создания между электродами высокопроводящего пути. Поэтому оценку tф

по теории Таунсенда можно произвести, пользуясь некоторыми косвенными соображениями. При соблюдении условия самостоятельности разряда плотность тока в разряде далеко не достаточна для пробоя. По-

этому необходимо иметь γ (eαd −1)>1, с тем чтобы плотность тока в разряде доросла до некоторой величины Jмин , необходимой для пробоя ( jмин 10-5 А/см2). Если первоначально из катода инжектируется n1 электронов, то число электронов у анода n1а = n1eαd и плотность тока j1 = qn1eαd .

Образовавшиеся ионы в количестве n1(eαd −1) вырвут с катода электроны в количестве n2 = γn1 (eαd −1). При этом число электронов у

46

Часть I. Глава 2.Теория пробоя Таунсенда

Итак, этот процесс, названный раскачиванием электронных лавин, будет продолжаться до тех пор, пока плотность тока не достигнет некоторого минимального значения jмин , необходимого для пробоя.

где t1m – время одного цикла, состоящего из времени движения электронной лавины от катода к аноду и времени движения положительных

Рассмотрим примеры для двух воздушных промежутков.

1. Р = 4 мм рт.ст., d = 0.87 см, Eпр = 700 В/см (коэффициент пе-

используя осциллограф с холодным катодом, в аналогичных условиях экспериментально получил величину tф 10−7 с.

Такое большое расхождение данных расчета по теории Таунсенда и экспериментальных результатов свидетельствует о несовершенстве теории Таунсенда, которая не учитывает некоторые существенные факторы, действующие в газовом разряде, особенно при давлении, близком к атмосферному. Так, впоследствии стало известно, что электронная лавина излучает фотоны, которые, как уже отмечалось, вызывают фотоионизацию газа и вырывание электронов с катода. За счет этого происходит дополнительное увеличение концентрации электронов, что облегчает формирование разряда и обуславливает уменьшение значения tф [5].

47