1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Поскольку 1формула (9.2.2)) ЕеХ ПО =-'= ти то РО-Х/О-ЦРи, и поэтому все факторы, от которых зависит энергия хаотического движения электронов, будут приводить к изменению их скорости дрейфа. Каждь7й газ имеет свои собственные уровни возбуждения, и в некоторых случаях слабые следы примеси могут оказывать сильное влияние на средн7ою энергию электронов. Особенно чувствительны к молекулярным примесям аргон и другие тяжелые инертные газы, сечениестолкновения у которых при электронной температуре менее 1 эз х х х х би й х о х < Я7 Ю и х х В О и О и са а о а а х 4 Ю сн з й О а О и а О и С7 к аб сб )2 )6 Фиг. !1.3.!7.
Скорость дрейе!»и электронов в парах хлора, брома и иода !31 ч» 2.4 "га О О! 02 ОВ ОС 05 06 07 ОВ ОЭ !О 1,! !2 Е/р, е/он.м»н» рт ст Фиг. !1.3,18, Скорость дрейфа электронон в чистом аргоне н смеси аргона с азотом. деннне паптченм не»елен не»т»ецненней ненерн !65!. !О 20 60 СР Е/р, в/см мм рт с»п 2 4 6 В 10 рг )е )6 )В 20 22 Е/р, г/см им рп' ст. Фиг Н.ЗЛ4. Скорость дрейфа электронов в воздухе, полученная Нильсе- ном и Бредбери !)а) методом электрического затвора.
о и га за чо Во Е/р, е/см мм рт. ст Фиг., :)!ВЛ5. Скоросп, дреифа электронов в Х»О, СОь»чО я СО !31. е, и е 0 Фиг. 11.3.16. Скорость дрейфа электронов в СеНкь )»)Н„, НеО н НС! !31. е»6 о в 0,6 е 0Е О )О 20 20 40 60 60 70 ВО Е/р, в/см мм рт ст. знвргетигьс 'ичссков пхспгеделщьив и скорости дгепел электронов 619 бьп Гллвл ьь уменьшается до очень малььх значений (эффект Рамзауера— Тауььсенда, гл. 4, я 1). Иногда для уменьшения электронной температуры и сечения столкновения и для убыстрения процесса сбора электронов в ионизационную камеру, наполненнуьо аргоном, добавляют около 5ель углекислого газа.
Введение такого количества СО, может привести к увеличению скорости дрейфа по сравнению с чистым аргоном более чем в 10 раз. Величина скорости дрейфа в смеси газов оказывается почти такой же, как если бы камера была наполнена одьим СОе при давлении, равном его парциальаьому давлению в смеси. На фиг. 11.3.18 показано влияние добавки азота к аргону — как следует из проведенных недавно экспериментов Херста н его коллег(36],много- атомный газ увеличивает дрейфовую скорость еще в большей ; степени. Херст и др. намеряли дрейфовую скорость электронов в бинарных смесях паров воды с г(ь СНг„С»Н, и СОе н обнаружили, что во всех этих смесях на скорость дрейфа очень сильно влияет присутствие малых количеств водяного пара.
При добавлении Н»О к азоту дрейфозая скорость сильно увеличивается. Авторы объясняют это тем, что средняя энергия хаотического движения электронов в чистом г(е выше, чем в чистых парах воды, и при введении НеО уменьшение энергии электронов оказывается преобладающим эффектом. При добавлении мало».о количества водяных паров к другим из перечисленных газов наблюдается противоположный эффект, т. е. уменьшение скорости дрейфа. Энергия электронов в чистом СНь С,Н, и СО. и так мала, и прн добавлении Н,О энергия хаотического движения мало меняется.
Основное влияние, оказываемое водяными парами в этих газах, по-видимому, обусловлено болыпим постоянным днпольным моментом молекулы Н,О (молекулы 1(ь СН„С»Н» и СО неполярны). Действительно, при смешивании СеН, с некоторыми другими газами, состоящими из полярных молекул (ацетоном, тяжелой водой, метиловым спиртом, диметнлэфиром, се(ьоводородом, толуолом и окисью азота), скорость дрейфа всегда уменыпается, а вели шпа уменьшения хорошо согласуется с величинами электрического дипольного момента примесных молекул.
й 4. Строгая теория движения электронов в газах В 19!3 г. Пиддак (38] впервые теоретически рассчитал энергию электронов в газе при наличии внепьнего электрического поля. Он пользовался общим методом, разработанным Лорентцем (39] при исследовании скоростей электронов в металлах. За время, прошедшее с той поры до 1930 г., когда данной проблемой занялся Дрювестейп [40], было выполнено очень много ра ьот. ь т' , с(ььтатель, ннтересуьощийся этими рас ьетамн, может найти их в книге Леба (2]. Мы сразу перейдем к исследованию Дрювестейна. а, Расчеты энергетического распределения электронов Дрютейна.
В своих расчетах Дрювестейп у'ьитывал потери энергии электронами при упругих столкновениях с молекулами, , но енебрегал эффектами неупрупьх столкновени!ь. Кроме того, он считал, что средняя длина свободного пробега электронов не зависит от их энергии Им выведен следующий вид энергетического распределения: / Збег р(е) =- Се'/г е хр г —..., ), где С вЂ” константа, е —. энергия, б — —: 2пь/М, ьп — масса электрона М вЂ” масса молекулы„ ),-- средняя длина свободного Рмь е Ф к г. 11.4.1. Эггергетггкескюе распрекелегьке Лркгнестеяна (р ) и Максвелла ) прн елкой к той же средней екергкк электроноз е, »ь мь пробега электрона, е — заряд электрона, Š— напряженностьэлектричегкого поля.
На фиг. !1.4.1 показано распределение Дрювестейна и для сравнения распределение Максвелла при тойже средней энергии электронов. Легко видеть, что в максвелловском распределении электронов с большой энергией значительно больше. б. Последующие исследования. В 1935 г. Морзе, Аллис и Ламар (4!]ь) провели еще один важный расчет. Пользуясь методом Лорептца (39], они получили функцию распределения и скорость дрейфа. Поскольку они исходили из тех же предположений, что и Дрювестейп, то и неудивителыьо, что они снова получили распределение Дрювестейна.
') С»г. такгке (42, 431. ГЛАВА П рп! и а!! зо еле (1 1.4.2) пее Позднее, в 1937 г., Аллнс и Аллен (7) проанализировали экспериментальный метод Таунсенда, изложенный в 9 2 данной главы, и рассмотрели влияние изменения средней длинь! свободного пробега электронов. Кроме того, Аллен (44] попытался приближенно учесть влияние неупрутих столкповеяии. В 1935 г. Давыдов (45) рассчитал энергетическое распределение и скорость дрейфа и рассмотрел случай таких малых Ф и г. 11.4.2. Теоретическое распределение па энергии электронов в гелии при Е/р = 3, 4, 6 н 10 а1слт ° млт рт.
Гт., вычисленное Смитом (46). Е7р, когда энергиями молекул нельзя пренебрегать по сравнению с энергиями электронов. Он также получил распределение Дрювестейна при соответствующих предположениях. В 1937 г. Смит (45) проанализировал движение электронов с учетом переменной длины среднего свободного пробега и неупругих соударений. Он также рассчитал энергетическоераспределение электронов в гелии для четырех значенийЕ/р, него результаты приведены на фиг.
114.2. Пропуская последующие годы, мы укажем в заключение важную работу Карлтопа и Мегилла (47), в которой получены численные реп!ения уравнения Больцмапа для распределения электронов по энерпии в слабо ионизованпом воздухе при наличии скрещенных постоянного магнитного поля и переменного энВРГепгческос РАспРеделение и скогост!! ДРейФА элГктРОИОВ 621 электрического поля. Поля предполагались такими, что средняя энергия электро!юв значителщк! больше тепловой энергии молекул, но нагревом электронами воздуха можно пренебречь. Процессы образования и потери свободных электронов не учитывались, по зато учим!Вались потери энергии электронов за счет упругого рассея щя и всыбуждепия ротационных, вибрационпых и электронных уровней, исходя из экспериментальных данных по сечениям.
В качестве компонент воздуха были взяты 74ь О, и О, причем последний был включен из-за наличия его в верхней атмосфере. На этом мы заканчиваем анализ выполненных работ по движению электронов. Больщая часть их рассматривается в книге Леба (2), в которой содержится Обширный справочный материал по работам, выполненным до 1955 Г, Общая теория прекрасно излагается в работах Аллиса (48) и Чспмена и Каулипга (49). Ниже мы подробно остановимся на расчете, выполненном Маргенау, чтобы показать, как теории явлений переноса Больцмана применяется к анализу движения электронов. в. Расчет энергетического распределения и скорости дрейфа, выполненный Маргеиау. Проблема движения электронов интересовала Маргепау с точки зрения электрической проводимости нонизованпого газа. Зта величина играет важную роль в СВЧ и ионосферных исследованиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
