электровакуум.приборы (1084498), страница 59
Текст из файла (страница 59)
При меньших давлениях газа и большей напряженности электрического поля, т. е. при болыпем отношении Е/рс средняя скорость беспорядочного движения электронов ве начинает нарастать, а коэффициент йе в (25.17) падает. В конечном счете скорость направленного движения электрона оказывается пропорциональной не первой степени, а корню квадратному из напряженности электрического поля, что иллюстрируется зависимостью рех = 7 (Е/ре), приведенной на рис. 25.6. Уравнение (25.17) позволяет определить плотность направленного тока Хан через концентрацию электронов пс и напряженность электрического поля Е: Аналогичные (25.17) и (25.20) уравнения для скорости направленного движения и плотности тока можно записать и для положительных ионов, если вместо гсс ПОДСГаннтЬ сс = 0,815еХ /т,.
в,, (25.21) и; где Х,. — средняя длина свободного пробега ионов; т — масса иона; и в,. — средняя скорость беспорядочно- е го движения ионов. ПосколькУ Ат час, пэа <пс, то, о ср. ив (2509) и (2521), ы у - Рнс.257.Бнпспярн,...фф„эня дим, что подвижность электронов й много больше подвижности ионов к., ! откуда следует, что направленнъэе скорости электронов много больше, чем скорости ионов (тех > ';„). Второй возможной причиной возникновения электрического тока в газе является наличие неравномерности распределения зарядов в объеме, т.
е. перепада их концентрации. При этом возникает поток заряженных частиц, направленный в сторону уменьшения концентрации. Это так назьваемое диффузионное движение описьвается дифференциальным уравнением, связывающим поток диффундирующих частиц рх со скоростью изменения концентрации оп/с1х Коэффициент пропорциональности 27 назьвается коэффициентом диффузии, причем его значение для электронов Пс много больше, чем для ионов П . В условиях электрического разряда, происходящего в ионных при. борах, часто возникает взаимосвязанное диффузионное движение частиц обоих знаков — положительных ионов и электронов, называемое двухполяряой диффузной. Для иллюстрации рассмотрим качественно механизм двухполярной диффузии в газоразрядной трубке.
Если в сечении АВ такой трубки возникла интенсивная ионизация, то концентрация положительных и; и отрицательных пс частиц будет спадать в обоих направлениях от оси, как это изображено на рис. 25.7. Наличие перепада концентраций приводит к появлению диффузионных потоков ионов и электронов вправо и влево от сечения АВ.
При этом из-за большого коэффициента 22с по сравнению с 27,. вначале поток диффундирующих элект- ронов больше, чем ионов, что приводит к появлению избыточного объемного заряда ионов в сечении АВ и избьпочного объемного за- ряда электронов вдали от АВ. Между разделившимися таким образом положительными и отрицательными зарядами появляется электрическое поле, тормозящее электроны и ускоряющее ионы, благодаря чему в дальнейшем потоки электронов и ионов выравниваются. 25.4. ВОЗНИКНОВЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА. КРИВЫЕ ПАШЕНА Как указьвалось в 8 24.1, электрический разряд в газе существует в двух формах: несамостоятельной и самостоятельной.
Для несамостоятельного разряда необходимо, чтобы за счет внешних ионизаторов (естественной или искусственной радиоактивности, космического излучения, облучения коротковолновыми фотонами) в промежутке или на электродах непрерывно возникали заряженные частицы. Эти заряженные частицы либо просто собираются электрическим полем на электродах, либо, соударяясь с частицами газа, ионизируют нх, что вызывает появление пар ионов и электронов и протекзние усиленного тока.
При несамостоятельном разряде прекращение действия внешнего ионизатора приводит к исчезновению тока на электродах. Напротив, прн самостоятельном разряде влияние внешнего иониэатора на протекание тока в газоразрядиом промежутке незначительно. Это можно пояснить следующим образом. Пусть в результате каких- либо процессов из катода вышел один начальный электрон.
При достаточной напряженности электрического поля энергия, приобретенная им на длине свободного пробега, может достигать значений, достаточных для возбуждения или ионизации газа, т. е. будет выполнено условие (25.5) . Образовавшиеся в результате ионизации вторичные электроны ускоряются электрическим полем и вновь возбуждают или ионизируют атомы или молекулы газа. В результате число электронов, продвигаю- шихся к аноду, и число положительных ионов, устремляюшнхся к катоду, лавинообразно нарастает, и вместо одного электрона, начавшего движение от катода, на анод попадает множество электронов, а на катод почти такое же число положительных ионов. Одновременна с ионами на катод попадают фотоны и метастабильные атомы, образовавшиеся в результате взаимодействий в разрядном промежутке, их роль учитьвается обобщенным коэффициентом 7 (см.
8 25.2) . Вся совокупность активных частиц, зародившихся в газоразрядном промежутке, т. е. положительные ионы, фотоны и метастабильиые атомы, попадая на катод, вызьвает эмиссию новой порции электронов, в результате чего генерация лавин повторяется. Очевидно, процесс прохождения лавин станет самовоспроизводящимся и не зависящим от внешних факторов, когда один выходящий из катода электрон создаст такое количество ионов, сопутствующих фотонов и метастабильньпь атомов, которое, попадая на катод, вновь вызовет эмиссию хотя бы 288 (25.23) где П вЂ” напряжение на электродах; д — расстояние между ними.
Пусть в каком-либо сечении газового промежутка электронный ток лавины равен 1е, т. е. число электронов равно (е/е. Тогда на пути бьх в направлении электрического поля Е приращение числа электронов определяется коэффициентом ионизации а и равно Д1е/е = 1еабх/е. (25.24) Сокращая на е и переходя к дифференциальной записи, получаем ббефх = о1е.
(25.25) Разделив переменные и интегрируя в пределах от катода до анода, получим геа / б1(е/1е = / а б(х. 1ек е (25.26) Здесь 1еа — электронный ток, приходящий на анод; 1е„ вЂ” ток электронов, покицаюших катод; б( — расстояние между электродами. Ддя плоскопараллельного промежутка с постоянной напряженностью электрического поля коэффициент а не зависит от х. В результате интегрирование (25.2б) даст (25.27) Это означает, что один электрон, вышедший из катода, превращается в е электронов на аноде. Так как начальный электрон, вышедший из катода, не имеет парного иона, то число ионов в лавине будет на один меньше, чем электронов, т.
е. равно е — 1. Ионы, сопутствующие им фотоны и метастабильные атомы, попадая на катод, выбьют в 7 раз большее число электронов. Эта позволяет записать сформулированное выше условие возникновения самостоятельного разряда в виде формулы 7(е г — 1) =1. (25.28) Для определения параметров разряда удобнее оперировать с напряжением, а не с расстоянием между электродами.
Введем поэтому каэф- 289 зо-бзбз одного электрона. Выполнение этога условия и соответствует переходу разряда из несамостоятельной формы в самостоятельную. Перейдем к математическому описанию условия возникновения самостоятельного разряда в плоскопараллельном промежутке. Дпя простоты примем, что напряженность электрического поля в любой точке промежутка постоянна и равна Е= Щб(, ов,в гоа зоз зо' о 1 И 1ОО 2(е"Еа — 1) = 1. (25.30) (25.32) ~4 = 1п(1+ 1/2)/Пи~рог/) (25.33) Ув = Ф(Раа) 290 фициенг ионизации и, равньй числу пар ионов и электронов, созданных в результате ионизации нейтральных атомов одним электроном при прохождении разности потенциалов 1 В.
Очевидно, что число ионизаций на пути 1 м равно числу ионизаций при прохождении разности потенциалов 1 В, умноженному на падение напряжения на пути 1 м, равное Е. Таким образом, можно записать формулу, связьвающую коэффициенты а и и, в виде а=- ВЕ (25.29) и переписать условие возникновения самостоятельного разряда (25.28) в виде Для рассматриваемого нами плоскопараллельного промежутка с постоянной напряженностью электрического поля значение Ег1, найденное из условия возникновения самостоятельного разряда (25.30), можно считать равным напряжению возникновения самостоятельного разряда У . Тогда, логарифмируя (25,30), получаем и, = 1п(1+ 1/2)/П. (25.31) Аналитические зависимости П = /'(Е/Ра) = г Ж /Рагр) можно получить из (25.10) .
Их характерной особенностью является то, что с ростом отношения Е/Ра значение 9 нарастает, проходит максимум и снова спадает. Поскольку т обычно слабо зависит от Е/ра, то можно принять, что значение 1п(1/т + 1) почти не зависит от Е/Ра. Тогда, подставив Е/Ро = Ув/РеА получим Это неявное уравнение показывает, что т. е.
напряжение возникновения самостоятельного разряда является функцией произведения давления на расстояние между электродами, а не этих переменных в отдельности. Очевидно, максимальному значению и =з1 соответствУет минимальное У = У м1л и оптимальное мох (Е/Ра) орг = (1ввзгл/(РвЕ)орт ПРИ (Рас1) > (Рьг1)орг (Е/Ра) < < (Е/Ра) орг н пРи (Раг() < (Рвг/)орг (Е/Ре) > (Е/Ра) орг всегда ~в < Пвт1и. Зависимость (25.33) была нащена экспериментально еще до ее теоретического вывода и получила название закона Пашена, а соответствующие кривые — кривых Памела.
Типичные кривые Пашена для различных газов показаны на рис. 25.8. Как и следует иэ теории, их Рис. 252Е Кривые Пашана длв различных газов характерной особенностью является наличие правой возрастающей и левой спадающей частей, а также минимума, расположенного между ними. 25,5. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА При рассмотрении возникновения самостоятельного разряда было принято, что напряженность электрического поля в любой точке газового промежутка с плоскопараллельными электродами постоянна. Распределение потенциала между электродами для этого случая соответствует прямой 1 на рис. 25.9. На самом деле это условие соблюдается только при малых токах в газоразрядном промежутке, когда объемные заряды, создаваемые электронной и особенно ионной составляющими тока, ничтожно малы.
При увеличении тока в междуэлектродном промежутке накапливается заметньй обьемньй заряд электронов и положительных ионов. Поскольку генерация заряженных частиц (электрон ионных пар) в промежутке носит лавинообразный характер, причем лавины нарастают от катода к аноду, больше всего частиц генерируется перед анодом прибора. При высокой концентрации электрон. ионных пар здесь возникает слой сильна ионнэированного газа — плазмы, для которого характерна высокая электропроводность и приблизительное равенство концентраций электронов и ионов. Соответственно перепад потенциала на этом участке будет незначительным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
