8. Лавина электронов

Переход от несамостоятельного разряда к самостоятельному может быть вызван двумя способами:

1. воздействием внешнего ионизатора.

2. повышением U на промежутке.

Пусть в газовом промежутке около катода появился 1 свободный электрон. При высокой напряженности поля он может произвести ионизацию молекул газа столкновением, продолжив при этом своё движение к аноду. Появляется второй электрон и вместе с первым ионизируют другие молекулы. Т.о. число электронов в промежутке, движущихся к аноду, возрастает в геометрической прогрессии.

Процесс нарастания числа движущихся в электрическом поле к аноду называется лавиной электронов.

Положительные ионы движутся к катоду и бомбардируют его. Вероятность освобождения свободных электронов с поверхности катода мала. Этот процесс начинает играть только при стационарных разрядах. Возбужденные лавиной молекулы при возвращении в нормальное состояние излучают фотоны, которые могут ионизировать молекулы и освободить электроны с поверхности катода. Возникшие вторичные электроны могут инициировать новые лавины. Если в среднем число электронов вторичных и начальной лавины равно, то разряд будет самостоятельным. При несамостоятельном разряде лавины в среднем не воспроизводятся. Т.о. условием возникновения самостоятельного разряда является воспроизводство в среднем электронных лавин в разрядном промежутке.

9. Стримерная теория эл. Разряда в газе

Пусть поле между катодом и анодом однородное. Пусть где-то вблизи катода образовался один свободный электрон. Под действием Эл. поля он начинает двигаться к аноду, порождая при этом лавину электронов. Пройдя расстояние Х_к, лавина электронов остановится, т.к. в голове лавины накапливается критическая концентрация электронов.

Напряженность эл. поля в голове лавины резко возрастает, следовательно в этой области газа резко возрастает ударная ионизация, следовательно на некотором расстоянии от головы лавины возникает фотоэлектрон. Он порождает вторичную лавину, которая возникает на расстоянии Х от первичной. Промежуток между первичой и вторичной лавинами заполняется “+” ионами вторичной лавины и свободными электронами из головы первичной лавины. Из-за сильного искажения Эл. поля голова вторичной лавины проходит гораздо меньший путь Хк>ΔX . Т.о. суммарный заряд оказывается перенесенным на (Х+ΔX) в направлении к аноду.

Стадия разряда, на которой становится возможна фотоионизация за счет излучения самой лавины и образуется канал высокой проводимости, называется стримерной, а сам канал - стримером.

Стример - последовательный ряд большого числа воспроизводимых путем фотоионизации электронных лавин сдвинутых др. относительно друга в пространстве и во времени.

При большом числе параллельно развивающихся лавин кончик стримера может продвигаться от 10-10000 км/с. После пересечения стримером всего пространства, появляется канал высокой проводимости и развивается главный разряд. Ток в канале поддерживается за счет ударной ионизации. Движущиеся по каналу свободные электроны разогревают его до нескольких тысяч градусов и возникает термоионизация. Напряженность в канале падает.

Т.о. переход от стримера к искре и дуге осуществляется за счет относительно медленного разогревания газа в канале при движении вдоль него электронов. Весь процесс образования искрового канала является примером самостоятельного нестационарного разряда.

Рассмотренный стример представляет собой стример отрицательного объемного заряда, т.к. развивается с катода. Его называют отрицательным или катодным. Но может быть и анодный.

10. Пробивное U в однородном поле Закон Пашена (з-н Подобия)

-напряжение разряда (пробивное)

PL=const – условие 1.

Необходимо еще одно условие, чтобы закон Пашена выполнялся: соблюдать геометрическое подобие размеров разрядного промежутка.

Окончательная формулировка з-на Пашена

Если длина разрядного промежутка и давление меняются так, что их произведение остается постояным, и при этом соблюдается подобие геометрических размеров разрядных промежутков, то U пробивное остается неизменным.

Если построить хар-ку , то окажется

Теоретически в области и должно наблюдатся рост пробивного напряжения (нарушение закона Пашена). Рассмотрим что определяет нарушение закона Пашена:

1) Область малых PL (достигается малым давлением (вакуум). Нарушение з-на Пашена объясняется эффектом полного напряжения.

Сущность заключается в следующем: при малом давлении концентрация молекул газа мала. В этом случае свободные электроны могут накапливать огромную энергию. Тормозя у анода, электрон излучает фотон. Фотоны достигают катода и освобождают новые свободные электроны. Следовательно, число свободных электронов участвующих в разряде увеличивается, что приводит к образованию искры и дуги.

2) Область малых PL (достигается малой длинной разрядного промежутка) нарушение з-на Пашена объясняется автоэлектронной эмиссией с поверхности катода.

3) В области больших PL нарушение з-на Пашена объясняется состоянием поверхности электродов. (её шероховатостью)