Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 53

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 53)

194 раэдо реже и вероятность выхода вторичных электронов из эмиттера возрастает в несколько раз. Для примера на рис, 154 приведена качественная зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии 6 от энергии Е падающих электронов для КС!. С увеличением энергии электронов 6 возрастает, так как первичные электроны все глубже проникают в кристаллическую решетку и, следовательно, выбивают больше вторичных электронов. Однако при некоторой энергии первичных электронов 6 начинает уменьшаться.

Это связано с тем, что с увеличением глубины проникновения первичных электронов вторичным все труднее вырваться иа поверхность. Значение 6,„ для КС! достигает = 12 (для чистых металлов оно не превышает 2). Явление вторичной электронной эмиссии используется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), применяемых для усиления слабых электричесних токов. ФЭУ представляет собой вакуумную трубку с фотокатодом К и анодом А, между которыми расположено несколько электродов — эмнттеров (рис. 155) .

Электроны, вырванные с фотокатода под действием света, попадают иа эмиттер Э„пройдя ускоряющую разность потенциалов между К и Эн Из эмиттера Э~ выбивается 6 электронов, Усиленный таким образом з, з, к за д Рис. !ЗЗ электронный поток направляется на змиттер Эа, и процесс умножения повторяется на всех последующих эмиттерах. Если ФЭУ содержит и эмнттеров, то на аноде А, называемом коллектором, получается усиленный в 6" раз фотоэлектронный ток. 4.

Автоэлектроиная эмиссия — это эмиссия элентронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля. Эти явления можно наблюдать в откачанной трубке, конфигурация электродов которой (катод— острие, анод — внутренняя поверхность трубки) позволяет при напряжениях примерно 1О' В получать электрические поля напряженностью примерно 1О' В/м. При постепенном повышении напряжения уже при напряженности поля у поверхности катода примерно 10а —:10а В/и возникает слабый ток, обусловленный электронами, испускаемыми катодом. Сила этого тока увеличивается с повышением напряжения на трубке.

Токи возникают прн холодном катоде, поэтому описанное явление называется также холодной эмиссией. Объяснение механизма этого явления возможно лишь на основе квантовой теории, 9 106. Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разрнд Газы при не слишком высоких температурах и при давлениях, близких к атмосферному, являются хорошими изоляторами. Если поместить в сухой атмосферный воздух заряженный электрометр с хорошей изоляцией, то его заряд долго остается неизменным.

Это объясняется тем, что газы при обычных условиях состоят из нейтральных атомов и молекул и ие содержат свободных зарядов (электронов и ионов). Газ становится проводником электричества, когда некоторая часть его молекул ионизуегся, т,е. произойдет расщепление нейтральных атомов и молекул на ионы и свободные электроны. Для этого газ надо подвергнуть действию какого-либо ионизатора (например, поднеся к заряженному электрометру пламя свечи, наблюдаем спад его заряда; здесь электропроводность газа вызвана нагреванием). ( и Эзсюрчч ги~ ч зск~рччч~ и ч:ч При ионизации газов, таким образом, под действием какого-либо ионизатора происходит вырывание из электронной оболочки атома или молекулы одного нли нескольких электронов, что приводит к образованию свободных электронов и положительных ионов.

Электроны могут присоединяться к нейтральным молекулам и атомам, превращая их в отрицательные ионы. Следовательно, в ионнзоваином газе имеются положительные и отрицательные ионы н свободные электроны. Прохождение электрического тока через газы называется газовым разрядом. Ионизация газов может происходить под действием различных ионизаторов; сильный нагрев (столкновения быстрых молекул становятся настолько сильными, что они разбиваются на ионы), короткое электромагнитное излучение (ультрафиолетовое, рентгеновское и у-излучения), корпускулярное излучение (потокн электронов, протонов, и-частиц) и т.

д. Для тпго чтобы выбить из молекулы (атома) один электрон, необходимо затратить определенную энергию, называемую энергией номинации, значения которой для атомов различных веществ лежат в пределах 4 —:25 эВ. Одновременно с процессом ионнзации газа всегда идет и обратный процесс— процесс рекомбинации: положительные и отрицательные ионы, положительные ионы и электроны, встречаясь, воссоедини- ются между собой с образованием нейтральных атомов и молекул.

Чем больше ионов возникает под действием иониэатара, тем интенсивнее идет и процесс рекомбинации. Строго говоря, электропроводность газа нулю не равна никогда, так как в нем всегда имеются свободные заряды, образующиеся в результате действия на газы излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли, а также космического излучения. Эта незначительная электропроводность воздуха (интенсивность ионизацин под действием указанных факторов невелина) служит причиной утечки зарядов наэлектризованных тел даже при хорошей их изоляции. Характер газового разряда определя- Рчс.

!ЗВ ется составом газа, его температурой н давлением, размерами, конфигурацией н материалом электродов, приложенным напряжением, плотностью тока. Рассмотрим цепь, содержащую газовый промежуток (рис. ! 56), подвергающийся непрерывному, постоянному по интенсивности воздействию ноннзатора. В результате действия ионизатора газ приобретает некоторую электропровод- ность и в цепи потечет ток, зависимость которого пт приложенного напряжения дана на рис. !57 На участке кривой ОА сила тока возрастает пропорционально напряжению, т. е.

выполняется закон Ома. При дальнейшем увеличении напряжения закон Ома нарушается: рост силы тока замедляется (участок АВ) и наконец прекращается совсем (участок ВС). Это достигается в том случае, когда ионы и электроны, создаваемые внешним ионизатором за единицу времени, за это же время достигают электродов. В результате получаем ток насыщения (1„„), значение которого определяется мощностью ионизатора. Рнс. РЗ7 жзч.гнч «скнг г;з ~ ~ г,: ~, о, юп,~~~" Ток насыщения, таким образом, является мерой ионизирующего действия ионизатора. Если в режиме ОС прекратить действие ионизатора, то прекращается и разряд.

Разряды, существующие только под действием внешних ионизаторов, называются несамостоятельными. При дальнейшем увеличении напряжения между электродами сила тока вначале медленно (участок С0), а затем резко (участок 0Е) возрастает. Механизм этого явления будет рассмотрен в следующем параграфе. й !()7. Самостоятельный га:оныи разряд и с|о зины Разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным. рассмотрим условия возникновения самостоятельного разряда. Как уже указывалось в $ !Об, при больших напряжениях между электродами газового промежутка (см. рис. !56) ток сильно возрастает (участки С0 и 0Е на рис. !57).

При больших напряжениях возникающие под действием внешнего ионизатора электроны, сильно ускоренные элентрическим полем, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, ионнзируют их, в результате чего образуются вторичные электроны и положительные ионы (процесс 1 на рис. )58). Положительные ионы движутся к катоду, а электроны — к аноду. Вторичные электроны вновь ионизируют молекулы газа, и, следовательно, общее количество электронов и ионов будет возрастать по мере продвижения электронов к аноду лавинообразно. Это является причиной увеличеа + о йй о ф Ф "чч о рис. 1зм ния электричесного тока на участке С0 (см. рис. !57). Описанный процесс называется ударной ионизацией.

Однако ударная ионизация под действием электронов недостаточна для поддержания разряда при удалении внешнего иоинзатора. Для этого необходимо, чтобы электронные лавины «воспроизводилисьэ, т. е. чтобы в газе под действием каких-то процессов возникалн новые электроны. Такие процессы схематически показаны на рис. !58: !) ускоренные полем положительные ионы, ударяясь о катод, выбивают из него электроны (процесс 2); 2) положительные ионы, сталкиваясь с молекулами газа, переводят их в возбужденное состояние; переход таких молекул в нормальное состояние сопровождается испусканием фотона (процесс 3); 3) фотон, поглощенный нейтральной молекулой, ионизирует ее, происходит так называемый процесс фотонной нонизации молекул (процесс 4); 4) выбивание электронов из катода под действием фотонов (процесс 5).

Наконец, при значительных напряжениях между электродами газового промежутка наступает момент, когда положительные ионы, обладающие меньшей длиной свободного пробега, чем электроны, приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа (процесс 6), и к отрицательной пластине устремляются ионные лавины. Когда возникают кроме электронных лавин еще и ионные, сила тока растет уже практически без увеличения напряжения (участок 0Е на рис. !57). В результате описанных процессов (1 — б) число ионов и электронов в объеме газа лавинообразно возрастает и разряд становится самостоятельным, т.

е. сохраняется после прекращения действия внешнего ионизатора. Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, называется напряжением пробоя. В зависимости от давления газа, конфигурации электродов, параметров внешней цепи можно говорить о четырех типах самостоятельного разряда: тлеющем, искровом, дуговом н коронном. !.

Характеристики

Список файлов книги