5.8 Какие частные случаи целесообразно рассмотреть при анализе несамостоятельного тока в разрядном промежутке? Почему?

Выражение для несамостоятельного тока в разрядном промежутке оказалось сложным:

Однако для понимания поведения этой зависимости, можно рассмотреть частные простые случаи:

1. Электрическое поле отсутсвует E = 0

2. Слабое электрическое поле

3. Сильное электрическое поле

5.9 Как можно посчитать максимальную концентрацию частиц в объеме создаваемую внешним ионизатором?

При отсутствии электрического полz (диффузию мы не рассматриваем) ток в разрядном промежутке равен нулю . И все частицы, образовавшиеся в объеме, гибнут за счет рекомбинации. Объемных зарядов нет , т.к. нет поля и, следовательно, градиент поля равен нулю .

В этом случае уравнение баланса электронов приобретает очень простой вид, в котором источник ионизации приравнен гибели заряженных частиц Ɛ=r n_e n_i. Из этого равенства можно найти максимальную концентрацию частиц в объеме. n_e=n_i=

5.10 В каком случае газовый промежуток можно характеризовать удельным сопротивлением и проводимостью?

В случае появления слабого электрического поля (самостоятельный ток) у нас появляется ток в разрядном промежутке, однако по сравнению с рекомбинацией им можно пренебречь. Что позволяет нам воспользоваться формулой , полученной для максимальной концентрации частиц в объеме n_e=n_i= . Поле слабое, градиента поля нет, поэтому объемный заряд также не играет никакой роли. Напряженность электрического поля можно выразить как отношение напряжения между электродами U к межэлектродному расстоянию d .

И тогда, подставив концентрацию и напряженность поля в выражение для электродного тока , получаем очень интересный результат . В этом случае для ток в газовом промежутке подчиняется закону Ома, т.е. он пропорционален приложенному напряжению.

В силу вышесказанного газовый промежуток характеризуется определенным сопротивлением R и удельной проводимостью σ.

Лекция 6. Несамостоятельный ток с ионизационным усилением.

α – коэффициент ионизации.

Ионизационное усиление. Электронный ток равен тогда общему току, и равен электронному току с катода усиленному за счет лавинной ионизации:

*

Это конечные формулы, получаются они из рассмотрения полного тока, исходящего с катода, с учетом выбитых электронов ионами

,

и пришедших на анод электронов, ионизированных основным током с катода.

Формула * показывает во сколько раз увеличивается первоначальный ток за счет ионизационного усиления и γ- процессов.

Учет γ – процессов приводит к появлению в выражении для электронного тока с катода дополнительного члена γj_i.

Условие пробоя Пашена: Из формулы * видно, что если знаменатель дроби стремиться к 0, то ток неограниченно возрастает. То есть при наличии первоначального тока и при условии будет лавинный механизм усиления тока. Это условие называют условием пробоя Пашена.

Отношение – есть приведенная напряженность электрического поля. Здесь E – напряженность электрического поля, p – давление.

Величина - среднее число актов ионизации, совершенных одним электроном при прохождении разности потенциалов 1В.

А величина - Энергия необходимая для образования одной электрон-ионной пары (Цена иона)

Отношение напряженности поля к давлению газа при максимальном токе называется точкой Столетова: . Следует отметить, что минимум на кривой Пашена соответсвует точке Столетова.

Существуют эмпирические формулы, которые хорошо описывают коэффициент ионизационного усиления при различных условиях.

Эмпирическая формула Таунсенда работает хорошо при сильных полях

Другие эмпирические формулы, которые дают более точные результаты имеют вид :

На рисунке представлена зависимость коэффициента ионизационного усиления от приведенной напряженности поля.

Вид зависимости имеет следующие особенности:

1. Монотонный характер

2. Зависимость проходит через максимум, т.к. сечение ионизации начинает уменьшаться (после энергий >100эВ)

3. В электроотрицательных газах необходимо учитывать захват газом электронов

4. В инертных газах ионизация электронным ударом происходит при более слабых полях

5. Вместо α интенсивность процесса ионизации измеряют другой величиной η

При зажигании разряда через некоторое время наблюдается стягивание электрического поля к катоду. Это происходит из-за того что подвижность существенным образом отличаются, что приводит к тому, что ионы очень медленно покидают разрядный промежуток по сравнению с электронами. Разница в скоростях перемещения ионов и электронов восставляет больше трех порядков. Поэтому у катода формируется слой положительного объемного заряда. Который мы и наблюдаем, как стягивание электрического поля к катоду.

№7. Самостоятельные разряды: Тлеющий разряд. Теория катодного слоя

7-1 Нарисуйте ВАХ газового разряда с плоскими электродами, объяснив какие области относятся к какому виду разряда?

7-2 Назовите в последовательности светящиеся и темные зоны тлеющего разряда. Объясните причину их существования?

1. 

Катод (К)

2. Астоново темное пространство (АТП)

3. Катодная светящаяся пленка (Катодное свечение) (КСП)

4. Катодное (круксово) темное (КПП)

5. Область тлеющего свечения (ОТС)

6. Фарадеево темное пространство (ФТП)

7. Положительный столб (плазма) (ПС)

8. Анодное темное пространство (АТМ)

9. Анодное свечение (АС)

10. Анод (А)

Электроны, покидая катод, движутся с ускорением. Пока их скорость не достигла порога возбуждения, они не способны возбуждать газ, и поэтому непосредственно к катоду прилегает темное астоново пространство. Ускоряясь далее в электрическом поле, они начинают возбуждать атомы в области, называемой по этой причине катодным свечением. При дальнейшем ускорении электронов в катодном темном пространстве их энергия переваливает максимум сечения возбуждения (поэтому интенсивность свечения здесь падает) и достигает потенциала ионизации. Именно здесь, в основном, происходит лавинная ионизация и рождается большинство ионов. Слой положительного пространственного заряда “экранирует” остальную часть промежутка, где напряженность поля становится малой. Интенсивный поток электронов теряет свою энергию и снова начинает возбуждать атомы (отрицательное свечение). В этой зоне наблюдается избыточный отрицательный заряд, а напряженность поля минимальна. Далее в фарадеевом темном пространстве напряженность поля постепенно возрастает до значения, сответствующего положительному столбу, который представляет собой низкотемпературную плазму с почти хаотическим движением заряженных частиц. Напряженность поля в столбе поддерживается на минимальном уровне, который обеспечивает замыкание тока в разрядной трубке. Небольшое анодное падение потенциала обеспечивает сбор электронов анодом, ускоряя электроны и вызывая анодное свечение.

7-3 Катодный слой является принципиально столкновительным, так как в нем идет образование лавин

7-4

7-5 Энгель и Штеенбек воспользовались линейным распределением поля , ссылаясь на зондовые измерения:

7-6 Если при изменении тока площадь, занятая катодным пятном изменяется пропорционально току, то тлеющий разряд в таком режиме называется нормальным.

7-7 Что такое аномальный тлеющий разряд?

Когда эмиттеором становится вся поверхность и дальнейший рост тока возможен только за счет роста плотности тока. Это соответсвует переходу в режим аномального тлеющего разряда

7-8

Можно использовать формулу Чайльда-Ленгмюра, так как не достигается ток насыщенияе.

7-9

Где А,B,c=const;ϒ – число вторичных электронов образованных положительными ионами.