1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Бити использовал эту установку 197] для определения подвижности положительных ионов аргона в аргоне при давлениях от 0,4 до !7 мм рт. сг. и значениях Е/рз от 1 до 80 в/см мм рт. ст. Бити и Паттерсон !101) исследовали на той же установке неон и гелий, измеряя подвизкности ионов и скорости реакции конверсии атомарных ионов в молекулярные ионы. Полученные ими результаты излагаются в гл.9, б 9, п. «а». б.
Метод Бредбери — Нильсена. Один из классических методов измерения дрейфовых скоростей был разработан Бредбери и Нильсепом !102), применившими его длн определения дрейфовых скоростей электронов и отрицательных ионов. Их прибор показан на фиг. 9.8.2. Вначале мы опишем его действие применительно к исследованию электронов. Фотоэлектроны выбиваются ультрафиолетовым излучением из цинковой пластинки Р и под действием однородного электрического полн движутся через газ кверху. Между чередующимися проволочками каждой из сеток 6 и 6' прикладывается высокочастотное переменное напряжение, среднее значение которого равно напряженности однородного электрического поля в той же точке. Частоту и амплитуду переменного поля можно изменять в широких пределах.
В стационарном режиме электроны, достигающие сетки 6, уводятся поперечным полем па составляющие сетку проволочки (при достаточно большой разности потенциалов между ними), и ток сквозь сетку не проходит. Но если в достаточной степени снизить амплитуду переменного высокочастотного поля, то начнется пропускание тока в виде импульсов. Ток в импульсе подвижность ионов в глзах будет состоя~ь из электронов, достигающих сетки в те моменты, когда мгновенные значения высокочастотного поля близки к нулю.
Итак, через 6 проходит серия электронных импульсов и электроны дрейфуют в однородном электрическом поле по направлению к сетке 6'. К этой сетке прикладывается высокочастотное поле той же частоты, амплитуды и фазы, что и к сетке 6. Если импульс электронов достигает сетки 6' в любой момент, когда это поле Фяг. 9.8.2. Прибор Бредбсря — Нильсена с злектркчссклм затзором для нзмерсння скоростей дрейфа !1021. не равно пулю, электроны будут уведены на проводники сетки, и ток на коплю<тор А пе пройдет. Если же дрейфовая скорость такова, что электроны долетают до 6' за время, в точности равное полупериоду или целому числу полупериодов поля, то запира!ощее поле в момент прихода электронов будет равно нулю и электронный импульс будет пропущен на коллектор.
Поэтому в токе па коллектор должны наблюдаться острые максимумы при тех частотах поля, при которых время пролета электронов через пространство дрейфа составляет целое число полупериодов. Поскольку длина пути дрейфа известна, можно определить дрейфовую скорость для различных значений напряженности поля и давления. Результаты измерения дрейфовых скоростей электронов, недавно полученные Пеком и Фелпсом с помощью усовершенствоватюго прибора типа Бредбери — Нильсена, обсуждаются в гл. 11, 9 2, п.
«б». Тот же метод может быть использован и для измерения дрейфовой скорости отрицательных ионов в электроотрицательных газах. В этом случае 1!031 между Р и 6 прикладывается достаточно сильное вспомогательное постоянное поле, которое способствует захвату электронов молекулами газа. Между чередующимися проводниками сетки 6 прикладывается высокочастотное переменное поле, достаточно сильное для того, чтобы задержать все пролетающие неприлипшие электролы, пропуская в то же время более медленные отрицательные ионы '). Между 6 и коллектором А прикладывается переменное напряжение в виде прямоугольных импульсов. Частота повторения прямоугольных импульсов может выбираться в пределах от 20 до 400 гц, Вторая сетка 6' здесь фактически не используется.
Она поддерживается при подходящем постоянном потенциале путем подключения всех ее проводников к соседнему охранному электроду. При низких частотах следования прямоугольных импульсов ток на коллектор мал н не зависит от частоты. Но при повьппенни частоты ток довольно резко возрастает при некоторой критической частоте, по величине которой и вычисляется дрейфовая скорость. Методика Бредбери — Нильсена была недавно использована Кромптоном и Элфордом [!04) для измерения подвижности положительных ионов калия в азоте и неоне. Эти измерения проводились в интервале Е(ре от 1 до 50 в/см мм рг. сг. при частотах порядка 1000 гц, причем точность была не ниже 0,5%. Расстояние между сетками было 4 см. Каждая сетка имела шаг 0,5 мм н состояла из нихромовых проволочек диаметром 0,08мм. Ионы получались с помощью термоионного эмиттера из алюмосиликата калин (см.
гл. 13, $5, п. «б»). в. Метод Хорнбека. Ряд важных измерений подвижности был проведен на установке Хорнбека [105), показаннои на фиг. 9.8.3. Ультрафиолетовое излучение искры, повторяемой с частотой 60 гц, выбивает с катода С электроны в аиде импульса длительностью 0,1 мксек. Электроны ускоряются на своем пути через газ в сильном поле и вызывают таунсендовский лавинный разряд. Первичные и лавинные электроны собираются па анод А за время порядка десятых долей микросекунды. Что же касается положительных ионов, образовавшихся в лавине и имеющих экспоненциальное распределение, то они приходят на катод значительно медленнее.
На сопротивлении )т возникает импульс напряжения, который наблюдается на экране осциллографа. Этот импульс состоит нз Острого пика, соответствующего приходу фотоэлектронов и вторичных электронов, и последующего сигнала меньшей амплитуды, вызванного ) Ввиду непрозрачности сетки б для электронов ее называют фильтром электронов (си тл. 8, 4 5, и. «а»), ООданжность ионов В ГАЗАХ положительными ионами. Дрейфовую скорость ионов находят по моменту прихода ионов, образовавшихся у самого анода разряда, а этот момент определяют по излому на осциллограммах напряжения. Расстояние между катодом и анодом можно регулировать извне с помощью магнита и измерять с помощью подвижного микроскопа. В типичных условиях междуэлектродное расстояние было порядка ! см, а давление — в пределах от 0,1 до 30 млт рг, сг.
При этом время дрейфа было примерно д одеев аи итнн~ээн и( ч нн о*«но Ф и г. 9.8.8. Установка Хорнвека для определения подвижностей 1105]. от 2 до 20 мксек, Ток трубки (порядка 0,1 мка) подбирался так, чтобы искажениями внешнего поля за счет объемного заряда можно было пренебречь. Измерения проводились в интервале значений Е(рэ от 1О до 1000 в/ем мм рг. сг.
г. Метод Бионди — Чейнина. К успешно применявшимся методам относится и метод Биопди — — Чейнина [106]. Установка этих авторов показана на фиг. 9.8.4. Разряд возбуждается путем подачи на левый электрод в трубке для измерения подвижности импульса амплитудой 1000 в и длительностью 0,5 мксек. Расстояние между этим электродом и сеткой можно регулировать извне с помощью магнитов для Оптимального выбора условий разряда при различном составе и давлении газа. Разряд ограничен пространством между первым электродом и сеткой. 626 ГЛАВА 9 Некоторые из образуюиы>хся в разр ~"$' ' :1 сетку и попадают в праву>о сенди>о яде попов пролетают сквозь дрейфа.
К расположенному справа коллекторному электроду приложено отрнцателыюе постоянное напряжение. Оно создает однородное электрическое поле, заставляющее ноп двигаться через секцшо дрейфа. Расстояние между коллектором и сеткой можно регулировать с помощью второго внешнего мапщта, так чтобы исключить краевые эффекты. Гряд«а для и злер«но» ярде«»«,отти ф и г. 9.8«й Установка Бмоядя я Чейвинл для определяныя подвижности [166] Собирающий электрод подключен к источнику напряжения через сопротивление Гт'.
Ток„и»дуцированный движением ионов через секцию дрейфа, вызывает импульс напряжения с амплитудой порядка 1О ' и, который затем усиливается и развертывается на экране осциллографа, Излом на осциллограмме напряжения в момент прихода на коллектор попов позволяет определить время пролета ионов. Если в явлении участвуют ионы нескольких видов, то результируюгдая осциллограмма представляет собой просто сумму слагающих, определяемых ионами каждого вида. Поскольку в секции дрейфа могут быть использованы достаточно слабые поля, можно проводить измерения прн таких значениях Е[р„ когда ионь> в основном находятся в тепловом равновесии с газом. Г1ри использовании расстояний дрейфа около ! Ги и давлений в несколько миллиметров ртутного столба наблюдаемые времена пролета ионов составляют десятки микросекунд. 527 подвижность ионов в гдзлх д. Метод амбиполярной диффузии.
Наконец, следует отметить метод определения подвижности, основанный на измерении коэффициентов амбиполярной диффузии электронов и иолов в распада>ощейся плазме импульсного СВ"1 разряда [107 — !!21. Обсуждение этого метода отложим до гл.
10, э 10, где дается определение коэффициента амбнполярной диффузии. О такого рода измерениях Говорится также в гл. 12, 2 7. й 9. Экспериментальные данные и их сравнение с выводами теории По измерению подвижности газовых ионов были проделаны буквально сотни экспериментов. Первые из ннх были выполнены еще в конце прошлого века. Но результаты первых измерений были в болыпипстве своем обесценены плохим пространственным разрешением отдельных групп ионов и наличием примесей. Присутствие же хотя бы следов примесей может приводить к он ибочным результатам сразу по нескольким причинам. Во-первых, может происходить перезарядка исследуемых ионов на атомах н молекулах примесей. Во-вторых, может происходить образование ион>ю-молекулярных комплексов и другие конно-молекулярные реакции на примесях, в особенности если имеются полярные примеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
