10. Электрические разряды в газах

Эффект Пеннинга – снижение потенциала зажигания разряда в газе, обусловленное присутствием примеси другого газа, потенциал ионизации которого ниже энергии возбуждения метастабильного уровня основного газа. Эффект объяснил Ф. Пеннинг в 1928 г. В отсутствии примеси электроны, ускоренные в электрическом поле, отдают свою энергию атомам, переводя их в метастабильное состояние. Поэтому ионизация электронным ударом мала и напряжение зажигания оказывается высоким. При наличии примеси происходят столкновения возбужденных атомов основного газа, с атомами примеси, в результате чего последние ионизируются за счет энергии, освобождающейся при переходе метастабильных атомов в основное состояние. Появление такой дополнительной ионизации приводит к снижению потенциала ионизации среды и, значит, к снижению напряжения зажигания разряда [3].

10.1. Факторы, влияющие на газовый разряд

В обычных условиях любой газ, будь то воздух или пары серебра, является изолятором. Для того, чтобы под действием электрического поля возник ток, требуется каким-то способом ионизовать молекулы газа. Внешние проявления и характеристики разрядов в газе чрезвычайно разнообразны, что объясняется широким диапазоном параметров и элементарных процессов, определяющих прохождения тока через газ. К первым относятся состав и давление газа, геометрическая конфигурация разрядного пространства, частота внешнего электрического поля, сила тока и т.п., ко вторым – ионизация и возбуждение атомов и молекул газа, рекомендация удары второго рода, упругое рассеяние носителей заряда, различные виды эмиссии электронов. Такое многообразие управляемых факторов создает предпосылки для весьма широкого применения газовых разрядов.

Потенциалом ионизацииназывается энергия, необходимая для отрыва электрона от атома или иона. Для нейтронных невозбужденных атомов величина этой энергии изменяется от 4 до 24 (Не) электрон-вольт. В случае молекул и радикалов энергия разрывов связей лежит в пределах 0,06+ 11,1 э.в.

Фотоионизация атомов. Атомы могут ионизироваться при поглощении квантов света, энергия которых равна потенциалу ионизации атома или превосходит ее.

Поверхностная ионизация. Адсорбированный атом может покинуть нагретую поверхность, как в атомном, так и в ионизованном состоянии. Для ионизации необходимо, чтобы работа выхода поверхности была больше энергии ионизации уровня валентного электрона адсорбированного атома (щелочные металлы на вольфраме и платине).

Процессы ионизации используются не только для возбуждения различных видов газовых разрядов, но и для интенсификации различных химических реакций и для управления потоками газов с помощью электрических магнитных полей.

Примеры применения процессов ионизации:

- способ электродуговой сварки с непрерывной и импульсной моделей энергии, отличающийся тем, что с целью повышения точности выполнения сварного шва и облегчения зажигания дуги, ионизирующие дуговой промежуток;

- способ нагрева стали в окислительной атмосфере, отличающийся тем, что с целью снижения обезуглеродивания, в процессе нагрева осуществляют ионизированные атмосферы;

- способ измерения малых потоков газа, выпускаемых в вакуумный объем, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, газ перед запуском ионизируют и формируют в однородный полный пучок, а затем вводят ионный пучок в вакуумный объем, где его нейтрализуют на металлической мишени, и по току ионного пучка судят о величине газового потока.