32. Таунсендівський пробій.

Р озглянемо проходження струму через газовий проміжок, увімкнений в коло із джерелом живлення. Знімемо ВАХ такої системи, повільно (так, що в кожен момент встигає встановитися стаціонарний стан) підвищуючи від нуля напруженість поля (вважаємо його однорідним). ВАХ матиме вигляд показаний на рисунку. Спочатку електрони, що виникають біля катоду мають надто малу енергію щоб досягти аноду (рекомбінують, осідають на стінках, прилипають до молекул). Далі поступово зі збільшенням напруги на електродах струм зростає, так як електрони швидше долають газовий проміжок. Починаючи з деякого моменту настає насичення і перестає залежати від V – всі електрони, що вилетіли з катода-досягають анода. Далі збільшення струму залежить лише від кількості електронів, що з’являються біля катода (внаслідок космічного опромінення, штучного іонізатора). Цей розряд є несамостійним.

За ще більших напруг відбувається іонізація молекул ударом і струм зростає. Нехай катод опромінюється ультрафіолетом, що створює фотострум . Струм на аноді і струм у колі зростає в порівнянні зі струмом електронів, що вилітають із катода в раз, де – іонізаційний коефіцієнт Таунсенда: . Повний струм на катоді в стаціонарному стані також рівний . Він складається зі струму електронів та струму іонів, що народжуються у ході іонізації і витягуються полем на катод, . Вертикальне зростання ВАХ стає не таким крутим. Далі при зростанні напруги у гру вступають вторинні процеси (народження електронів під дією частинок, що з’явилися в результаті первинної іонізації). Особливо сильно підсилюють струм вторинні електрони вибиті з катода, так як вони проходять увесь шлях від катода до анода і здійснюють більше іонізацій. З урахуванням вторинної емісії стаціонарний розрядний струм визначається формулою

де - ефективний коефіцієнт вторинної емісії з катода, яка відбувається під дією додатних іонів, фотонів та метастабільних атомів, що народжуються в газі в результаті іонізації та збудження атомів електронами. Струм досі залишається несамостійним, поки знаменник додатний. Він зростає з V ще сильніше, ніж в області простого підсилення, завдяки зменшенню знаменника, що дорівнює одиниці за невеликих коефіцієнтів підсилення .

Умова запалювання самостійного розряду. Якщо на електроди подати таку напругу , за якого і знаменник в попередній формулі від’ємний, формула втрачає фізичний зміст. Це означає, що за кожної такої напруги струм не може бути стаціонарним. З іншого боку, при , коли , тече нестаціонарний несамостійний струм. Умова переходу або

(*)

еквівалентно умові протікання стаціонарного самостійного струму в однорідному полі , де відповідна напруга визначається з нерівності (*).

Насправді, формально при , коли , тобто струм тече навіть у відсутності побічного джерела електронів. Процеси в розрядному проміжку при цьому самі без побічної допомоги забезпечують відтворення електронів, що видаляються полем. Від одного електрона, що вилетів з катода, народжується іонів, та, наближаючись до катода, кожен вириває електронів (якщо емісія іонно-електронна). На заміну одному первинному електрону з’являється один вторинний ( ) і т д. Перехід несамостійного розряду в самостійний можна в той же час розглядати і як настання пробою. Умова (*) через відомі функцію визначає напругу пробою в залежності від довжини проміжку . Для запалювання самостійного розряду електрон повинен здійснити на довжині проміжку актів розмноження, приблизно , якщо