электровакуум.приборы (1084498), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Конкретный вид эмиссии в приборе связан с формой разряда, т. е. с используемым участком ВАХ. В детекторах ионизирующего излучения и приборах тлеющего разряда применяются холодные катоды, эмнттирующие электроны под действием бомбардировки ионами, метастабильными атомами и фотонами. Процессы вторичной эмиссии электронов в условиях газового разряда объединяются под названием 7-процессов. На катод попадают практически все ионы, поскольку эти положительно заряженные частицы притягиваются полем, и только определенная часть остальных незаряженных частиц, метастабильных атомов и фотонов, зависящая от телесного угла, под которым виден катод из места зарождения частицы.
Обычно 7-процессы не детализируют, а характеризуют обобщенным коэффициентом 7, который определяется как вероятность освобождения из катода вторичного электрона на один попадающий на катод ион, но с учетом того, что одновременно катода достигают сопутствующие метастабильные атомы и фотоны. Такой подход оправдан с точки зрения расчетов основных параметров — напряжений возникновения и поддержания разряда.
Обобщенный коэффициент 7 можно представить в виде где 71, 7, 7 — коэффициенты вторичной электронной эмиссии для положительных ионов, фотонов и метастабнльиых атомов соответственно; Лг — отношение числа соударений, приводящих к генерации 282 75 22,5 75 225 Е/ра,в иэла' 112 575 550 Е/Ре В'м ала з Рнс. 25.3.
Экспсрнментальные зависимости коэффициента 7 от прнвепснной напраженностн электрического поля для разных материалов Рнс. 257С экспернментальныс зависимости коэффнцнента тот приведенной на- пряженностн электрического поля прн разных видах обработки катода фотонов, к числу ионизирующих соударений; Л1„— отношение числа соударений, приводящих к появлению метастабильных атомов, к числу ионизирующих соударений; 1'„и 1' — геометрические коэффициенты, определяющие доли фотонов и метастабильных атомов, которые попадают на катод. Экспериментально полученные зависимости 7 от отношения напра. женности электрического поля к давлению Е/ро в газоразрядном промежутке в аргоне для различных материалов катодов приведены на рис.
25.3. Как отмечалось в 8 25.1, параметр Е/ро характеризует среднюю энергию, приобретаемую электроном в электрическом поле на длине свободного пробега, т. е. перед элементарным процессом соударения, в результате чего от Е/ро зависит распределение энергии, идущей на возбуждение, ноннзацию и излучение, а также кинетическая энергия иона перед ударом о катод. Поэтому обобщенный коэффициент 7 зависит от Е/ро.
Из кривых на рис. 25.3 видно, что '7 сильна зависит от материала катода„причем катоды с малой работой выхода (Ха, Ва) имеют большее 7, чем катоды с высокой работой выхода (Рт) . Характер зависимости 7 от Е/ро может быть объяснен следуюшпм образом. При высоких значениях Е/ро > 30 В м ' ° Па ' имеет место монотонное возрастание 7, что связано с увеличением коэффициента 7,. с ростом кинетической энергии ионов, набираемой в электрическом поле. При снижении отношения Е/р, резко возрастают коэффициенты Л'„иФзл в (25.12) и 7 снова увеличивается.
В реальных приборах существенное влияние на 7 оказывают поверхностные пленки, зависящие от обработки электродов прибора. Кривые, иллюстрирующие влияние поверхностных пленок на 7 для медного катода и водородного наполнения, даны на рис. 25.4. Кривая 1, относящаяся к слегка окисленной меди, имеет явно выраженньш максимум при низких значениях Е/ро. После обезгаживания катода в вакууме 283, при 400 'С в течение 100 ч 7 снижается, а максимум исчезает (кривая 2). Ионная бомбардировка поверхности в тлеющем разряде в водороде приводит к дальнейшему спаду 7 во всем диапазоне Е/р, (кривая 3).
Анализ кривых позволяет сделать вывод, что удаление окисной пленки приводит к увеличению работы выхода катода и сначюта к исчезновению максимумов, связанных с фотоэффектом, а затем и к дальнейшему уменьшению 7, причем кривая 3 имеет монотонно нарастающий вид, характерный для чисто ионного механизма вторичной эмиссии, когда 7;>/'„7„К+1 тт1У . В дуговых приборах несамостоятельного разряда применяются термокатоды. Напомним, что закономерности термоэмиссии и виды таких катодов описаны в гл. 2, 3.
В дуговых приборах самостоятельного разряда с жидким ртутным катодом имеет место электростатическая эмиссия, которая также была описана выше (см. гл. 21 . Наконец, в импульсных приборах, подобных разрядникам, на различных стадиях работы прибора существуют различные виды эмиссии. В начальной стадии возникновения разряда существенны т-процессы, а в стадии протекания мощного импульса тока преобладает электростатическая или термозлектронная эмиссия, Таким образом, в ионных приборах используются практически все основные известньсе типы эмиссии. 25.3.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИК В ГАЗЕ Появляющиеся в результате ионизацни или эмиссии в газе заряженные частицы, так же как и нейтральные частицы, находятся в состоянии непрерывного движения. В отсутствие электрического поля и при условии, что концентрация заряженных частиц в пространстве всюду одинакова, движение частиц является строго беспорядочным, а все направления этого движения равновероятными. Создаваемый таким движением ток через любое сечение в газовом промежутке равен нулю. Появление электрического тока, т. е.
направленного движения частиц в газе, может быль связано с одной из двух причин: наличием электрического поля; неравномерностью распределения зарядов в пространстве. Из-за большого числа нейтральных часпщ движение заряженных частиц и при наличии тока остается в значительной степени беспорядочным, т. е. возникает так называемое беспорядочно. направленное движение. Для упрощения дальнейшего анализа будем считать, что имеются две независимые составляющие такого движения: беспорядочная и направленная. Беспорядочно направленное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля называется дрейфовым.
Сначала рас- 284 смотрим дрейфовое движение электронов, считая, что они в основном испытывают упругие соударения. В отличие от движения в вакууме, где электрон непрерьвно набирает скорость, пока не достигнет анода, в газе происходят многократные соударения, т. е. движение с "трепи. ем", в результате чего устанавливается средняя скорость гех, направление которой противоположно вектору напряженности электриче. ского поля Е и совпадает с осью Х (рнс. 25.5) . Найдем основные соотношения между средней скоростью направленного движения Еех, напряженностью электрического поля Е и средней длиной свободного пробега )се, характеризующей число соударений, испытьааемых электроном на 1 м пути.
Очевидна, что пе„можно определить по формуле йех = дх/гп,. (25.13) Здесь Ьх — среднее перемещение электрона в направлении оси Х за время пролета гпр, протекающее между двумя последовательными соударениями электрона с атомами или молекулами (рис. 25.5). Для гпр можно записать соотношение гпр "е/ге (25.14) где пе — средняя скорость беспорядочного движения электронов. Тог.
да, считая движение электрона в поле равноускоренным и приняв начальную скоросп электрона после соударения равной нулю, получаем Ьх= агщ>/2, (25.15) где ускорение а = -еЕ/те. (25.16) Подставляя (25.14) — (25.16) в (25.13), получаем "ех = — 0,5е гппЕ/тс = — 0,5е )сеЕ/таге = -1сеЕ, (25.17) где Йе = 0,5е)се/псеге. (25.18) Таким образом, скорость направленного движения электрона пропорциональна напряженности электрического поля и направлена противоположно вектору Е.
Коэффициент пропорциональности /се в (25.17) называется нодвилсностью электронов. Выражение (25.17) в принципе отражает ход зависимости скорости направленного движения электронов от напряженности поля, однако численное значение коэффициента 1се, вычисленное по (25.18), не точно. Это связано со следующими упрощениями при выводе: 285 гА раман/с во !в ! ВО еО го О 875 75 пгг Е/раэ 8 н ' Па ' нх 72оп/нх. (25.22) (25.20) ген = епеаех = епеяеЕ.
287 286 Рнс. 25.5. Беспорядочно направленное двнженнс электронов Рнс. 25.6. Зависимость направпснноа скорости электронов ст приведенной на. пряженносгн электрического поля в (25.14) значение гпр находится как отношение средних значений для числителя и знаменателя, в то время как правильнее усреднять частное; предположение о нулевой начальной скорости электрона после соударения, изкоторого следует (25.15), не точно; средняя скорость беспорядочного движения электронов рс может зависеть от напряженности электрического поля. Более точное решение для больших давлений и малых напряженностей электрического поля, когда ва еще не зависит от Е, дает вместо коэффициента 0,5 в (25.18) значение 0,815. Тогда с учетом (25В) можно записать тех= 7ссаЕ/Рс где 1ссс =0,815е эссо/иге вс ° Таким образом, скорость направленного движения электронов обратно пропорциональна давлению газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
