электровакуум.приборы (1084498), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Распределение потенциала между электродами после возникновения плазмы иллюстрируется кривой 2 на рис. 25.9. При увеличении тока область плазмы расширяется по направлению от анода к катоду. При больших расстояниях между электродами отношение Е/ра вначале оказывается меньше, чем (Е/Ра) ора а коэффициент з1 < и По мере продвижения плазмы к аноду Е/Р, возрастает (ср. кривые 291 Рис 25.9. Иэменелие распределения потенциала между злектроцами в процессе формирования разряда г2уе 5 5 75 л я я к Рис. 25.10. Темные и светяшиеся области тлеющего разряда 1 н 2) и значения т2 увеличиваются. Продвижение плазмы к катоду заканчивается при достижении приблизительного равенства (Е/ро) = (е/ро) орт, когда л = т1 „, поскольку значения (е/ро) ) (е/ро) орт приводят к уменьшению т1 по сравнению с Л „.
Распределение потенциала в катодной области,при которомл=лм „и ~е)ро) =(е/ро) орг характерно для тлеющего разряда. Остановимся подробнее на этой форме разряда, широко используемой в индикаторных и других ионных приборах. При тлеющем разряде в промежутке между электродами можно вьщелить ряд светящихся и темных областей. Эти области располагаются в направлении от катода к аноду в следующей последовательности (рис. 25.10): первая катодная илн астонова темная область 1, область первого катодного свечения 2, вторая катодная темная область 3, область катодного тлеющего свечения 4, фарадеева темная область 5, положительньй столб 6, анодная темная область 7, область анодного свечения Е. Существование этих областей тесно связано с механизмом поддержания тлеющего разряда.
Первая катодная область не светится, так как электроны, вышедшие из катода, не успевают в ней приобрести достаточной для возбундения энергии. Такую энергию они приобретают, только попав в область первого катодного свечения, где происходит также ионизация газа. Поскольку электроны при ионизации теряют свою энергию, возникает вторая катодная темная область. В ней электронные лавины, идущие от катода, вновь ускоряются и, попапая в следующую светящуюся область катодного тлеющего свечения, производят шпенсивные возбуждение и ионизацию. Из-за размножения электронов в лавине, идущей от катода к аноду, интенсивность ионнэации и яркость свечения в катодном тлеющем свечении заметно выше, чем в первом катодном свечении. Следующую темную область (фарадееву) в какой.то мере можно рассматривать как повторение второй катодной темной области.
Электроны попадают сюда из катодного тлеющего свечения с энергией, недостаточной для возбуждения нли ионизации. Пройдя через нее, они 292 велнчивают свою энергию, в результате образуется положительный столб, занимающий остальную часть разрядного промежутка почти до анода. Положительный столб является плазменной областью. В нем существует слабое электрическое поле и поддерживается слабая ионизапия, необходимая для коьшенсацни потерь на стенки. Концентрации ионов и электронов в положительном столбе равны, а заряженные частицы движутся к стенкам за счет двухполярной диффузии*, на стенках они рекомбиннруют со скоростью, равной скорости их образования.
В положительном столбе интенсивно генерируются фотоны ультрафиолетового излучения. Это позволяет, покрыв стенки баллона люминофором, создать индикаторные приборы с различными цветами свечения. Условие возникновения самостоятельного разряда (25.31), записанное для плоскопараллельного промежутка с равномерным распределением потенциала между катодом н анодом, может быть распространено и на катодную область тлеющего разряда (области 1 — 3, рис.
25.10), на которую приходится основная часть падения напряжения в промежутке. Когда условия в промежутке соответствуют значению (Е/ре) орт, то разряд характеризуется нормальной плотностью тока на катоде Х, „, минимальным катодным падением (Хилл и называется нормальным тлеющим ралтядом. Поскольку при не очень больших расстояниях между электродами Н падение потенциала в плазме невелико, обычно принимают катодное падение Ьб„приблизительно равным напряжению поддержания разряда 1Хп. Значения Хк „и (Хк и остаются постоянными при изменении разрядного тока прн условии, что разрядное свечение покрывает не весь катод нли не занимает слишком малую часть его поверхности.
Благодаря постоянству Хк и с увеличением разрядного тока пропорционально ему увеличивается поверхность катода, покрытая свечением (закон Геля): (25.34) Хк,иЕ где о' — плошадь катода, покрытая свечением. Для катода, поверхность которого не полностью покрыта свечением, значение Х всегда стремится к Хк „. Можно показать, что аналогично (25.31) соответствующее значение катодного падения равно (7к,и 1п(1+ 1/7)/Ляф здесь т2 — эффективное значение коэффициента л в нормальном еф тлеющем разряде. * диффузия называется двухполяркоа, поскольку к стенкам одновременно двигаотся и электроны, и ионы. 293 Перейдем к определению плотности тока в тлеющем разряде.
Катодная область характеризуется наличием объемного заряда ионов и электРонов с плотностЯми РС, Ре, котоРые можно выРазить в виде Р = Х/Р ° Ре = Хе/оех ! (25.36) где Х, Хе и Гс, Ве„— плотности направленного така и скорости сх' дрейфа положительных ионов и электронов соответственно. Поскольку на катоде Хе = 7Хс, 7 '4 1 (см. а 25.2) и осх '4 с'ех (см.
а 25.3), то Хе/оех 4 Х,.осх. Эта позволяет записать уравнение Пуассона для катодной области в виде с(Е/сссх= — 1,13 ° 10' ' Х./р.. (25.37) Экспериментальна было найдено, что в катодной области Е линейно спадает от Ек при х = 0 на катоде до Е = 0 при х =с!к на анодной границе катодной области, т. е. ссЕ/ссх = сопят. Используя выражение для направленной скорости ионов ю, анасх' логичное (25.19), считая, что на катоде почти весь ток переносится ионами Хк н = Х + Хе = Х,.(1 + 7) = Х,, можно в предположении постоянства правой и левой частей (25.37) записать в правую часть условия дпя катода ссЕ/ссх 1 13 ' 10 Хк нро/сесоЕк' (25.38) Интегрирование (25.38) в пределах ат Е = Ек при х = 0 до Е = О, при х = оск дает Ек = — 113 10" Хк,нРос7к/йс'ойк.
Подставив сюда с1к из (Е/Ро) эф = Це,н/)Росск. (25.40) приняв с учетом линейного изменения Е Р (Е/Ро),ф = Ек/2 и решив (25.39) относительно Хк н, получим окончательно (25.41) Сст оР,'(Е/Ро')' к,н (25.42) 294 Здесь Хк но — плотность тока нормального тлеющего разряда при единичном давлении 1 Па. Из-за большого числа допущений при вьводе выражение (25.42) дает только порядок значения плотности тока, однако его истинная ценность заключается в правильном отражении зависимостей плотности тока от давления и отношения (Е/Ро),ф.
Определим конкретньсе значения тС в условиях тлеющего разряда в различных газах. В чистых инертных газах плотность тока и соответственно концентрация метастабильных атомов сравнительна велики. Ионизация здесь происходит в результате двух процессов: прямой ионизации нейтрального атома электронным ударом и ступенчатой ионизации при соударении двух метастабильных атомов между собой.
Если считать эти два процесса независимыми, то Пэф= с2,х + с2 /2. (25.43) Здесь с1 — число метастабильных атомов, создаваемых электроном сн при прохождении разности потенциалов 1 В, а коэффициент 1/2 введен в связи с тем, что для ианизации необходимы два метастабильных атома. Таким образом, в инертных газах, где образуется много метастабильных атомов, сс . > и эф В смесях инертных газов, в которых возникает эффект Пенниига, для ионизация требуется только один атом (см. поз. 5, табл. 25.1). Поэтому (25 А4) ссэф ссснех Пнс' и опЯть э2э ) П „. Так как эта РеакциЯ не свЯзана с паРными взаимодействиями, т. е. происходит при любых плотностях тока, то в пеннинговых смесях снижаются напряжения как возникновения Ц„так и подцержания У„разряда. В формулы для определения напряжений возникновения и поддержания разряда необходимо ввести поправки, учитывающие то обстоятельство, что электроны начинают неупруго взаимодействовать с молекулами газа не в плоскости катода, а пройдя определенную разность потенциалов по направлению к аноду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
