1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Характер этих взаимодействий во многом зависит от скорости электрона, приобретенной имна длине свободного пробега, т. е. от его энергии в момент взаимодействия с молекулой газа. Если скорость электрона невелика,то происходят упругие соударения, в результате которы х энергиячастиц не изменяется. При большей скорости электронов возможнынеупругие соударения, в результате которых изменяется внутренняя энергия хотя бы одной из соударяющихся частиц и электроныатома могут перейти на уровни возбуждения или ионизации. Напряжения, при которых электроны приобретают энергию, достаточную для развития этих процессов, называются напряжениемвозбуждения и в и напряжением ионизации 171 соответственно.В первом случае электрон не покидает атома, но находится на более высоком энергетическом уровне, так что на его отделениеот атома требуется меньшая энергия.
Возбужденное состояниеатома, как правило, неустойчиво, и через очень малый промежуток времени электрон возвращается на прежний энергзтическийуровень,' испуская квант энергии излучения. В озм ож но, однако,и более устойчивое возбужденное состояние атома, называемоеметастабильным. Из него атом выходит лишь при новом столкновении, причем возбужденный электрон может отделиться от атома(ионизация атома) или же вернуться в устойчивое невозбужденное состояние. В случае ионизации электрон отделяется от атома:образуются положительный ион и свободный электрон. Описанные процессы называются объемной ионизацией.Ионы, двигаясь к катоду и ударяясь о его поверхность, выбивают свободные электроны (поверхностная ионизация).
Вновьобразовавшиеся электроны в свою очередь вызывают объемнуюионизацию и т. д.Степень объемной и поверхностпой ионизации оценивают коэффициентами а и у, определяющими число свободных электронов,полученных соответственно на один электрон или и он'(дл я объемной ионизации на единицу длины пути электрона).Таким образом, если разность потенциалов на электродахприбора и а > 0, то убыль заряженных частиц, участвующ ихв создании тока через прибор, может восполняться в результатеобъемной и поверхностной ионизации.При определенной степени ионизации газа может оказаться,что плотности отрицательных зарядов (электронов) и положительных (ионов) почти равны. Такое состояние сильно ионизированного газа называется газовой плазмой.Предположим, что с поверхности катода под действием внешнегоионизатора в моментвышло п0 электронов.
В электрическомполе электроны движутся к аноду и, сталкиваясь с молекуламигаза, ионизируют их. Вновь возникшие свободные электроныприсоединяются к первичным щ электронам и при дальнейшемдвижении к аноду также участвуют в объемной ионизации.Образовавшиеся в процессе объемной ионизации ионы перемещаются по направлению к катоду и выбивают с его поверхностиновые электрвны, которые в свою очередь участвуют в процессеобъемной ионизации. Таким образом, по мере приближения к анодучисло электронов лавинообразно увеличивается. Это явлениеназывают лавиной заряженных частиц.Однако ток во внешней цепи, а следовательно и в прибореограничен внешним сопротивлением.
При заданных значенияхЕ и II устанавливается стационарный режим, при котором неограниченному развитию процесса лавинообразного нарастания электронов препятствует положительный объемный заряд скапливающихся у поверхности катода ионов.В стационарном режиме выражение для плотности тока уповерхности анода имеет вид [1]:*агя/ое а(М >где га — расстояние между катодом и анодом; / 0 = ещ — плотность тока, возникающего за счет действия внешнего ионизатора.Х арактер электрического разряда в газе зависит от отношения числа вновь получаемых в процессе разряда электронов к числупервичных электронов, определяемого соотношениемМ = у (е аг* - 1).(8-2)Циды электрического разряда в газе.
Если М < 1, то плотность анодного тока согласно (8-1) зависит от / 0. При прекращении действия внешнего ионизатора разряд прекращается. Это —несамостоятельшй разряд. С увеличением Е, а следовательно,и электрического поля в приборе коэффициенты а и у изменяютсятак, что плотность тока /„ при несамостоятельном разряде растет.Если М ^ 1, т. е. каждый вылетевший с катода электронза счет всех видов ионизации образует хотя бы один новый электрон, то разряд поддерживается и после прекращения действиявнешнего ионизатора.
Такой разряд называется самостоятельнымразрядом.Интенсивность ионизации зависит от рода газа, давления птемпературы в баллоне, а также от разности потенциалов на электродах. Е сли все перечисленные факторы, за исключением разностипотенциалов С/а, остаются неизменными, то процессы, происходящие в разрядном промежутке, отображаются вольт-ампернойхарактеристикой разряда (рис.
8-2).В качестве аргумента на вольт-амперной характеристике ионного прибора откладывается ток через прибор, так как разностьпотенциалов между электродами зависит от состояния ионизц-рованного газа, т. е. от движения заряженных частиц и распределения объемных зарядов между аподом и катодом.Область 1 на вольт-амперной характеристике соответствуетнесамостоятельному разряду. Переход от точки А к точке Б происходит при уменьшении В (рис. 8-1); для всех точек этого участкакривой число электронов, уходящ их с катода, мало, ионизациягаза незначительна (а и у небольшие), а М < 1 . Сопротивление Вочень велико, и через прибор протекает незначительный ток.При дальнейшем повышении тока через прибор возникаетсамостоятельный разряд (М .
= 1). Область 2 соответствует начальной стадии самостоятельного разряда — темному разряду.Темный разряд также характеризуется малым током, которыйограничен большим внешним сопротивлением.По мере увеличения тока темный разряд переходит в тлеющий(область 4) и газ в приборе начинает интенсивно светиться в результате излучения энергии виЕвиде фотонов при переходе7 12 13!4|5 А б ! 7электронов из возбужденныхсостояний в стационарные.В переходной области 3 напряжение на приборе падает.Вблизи точки В в этой областиу поверхности одного из участков катода, где эмиссия наибольшая,происходитболееинтенсивная ио'низация газа.Гис. 8-2. Вольт-амперная характернТак как ионы двигаются медстика электрического разряда в газе,леннее электронов, то здесьскапливается большее число ионов, компенсирующих отрицательный объемный заряд электронов и облегчающих движение электронов к аноду.
Появляется столбик более ионизированного газа.С увеличением тока сеченио этого столбика растет и при некоторомего значении направленное движение электронов к аноду и процессы объемной ионизации начинают преобладать над диффузионным рассеянием заряженных частиц в окружающее пространство.Для поддержания разряда теперь не требуется прежней разностипотенциалов между катодом и анодом, и напряжение на прибореуменьшается (участок В Г).При тлеющем разряде (область 4) описанные процессы стабилизируются. ^ ' катода появляется положительный объемныйзаряд, изменяющий распределение потенциалов, и создается область так называемого катодного падения потенциала. В начальной части области 4 (вблизи точки Г) катодное падение образуетсяна небольшом участке катода.
Затем ток через прибор растет засчет расширения этого участка поверхности катода, охваченнойкатодным падением потенциала.При этом увеличивается сечение ионизированного столбикагаза и, следовательно, плотность тока и разность потенциаловмежду электродами остаются неизменными. Это постоянство напряжения при изменении тока через прибор, характерное для тлеющего разряда, лежит в основе работы стабилитронов. После тогокак вся поверхность катода окажется охваченной катодным падением, для увеличения тока через прибор необходимо образованиеновых заряженных частиц. Этого можно, достигнуть только путемповышения разности потенциалов на электродах, приводящегок увеличению объемной и поверхностной ионизации. Такойразряд (область 5) называется аномальным тлеющим разрядом.В точке Е напряжение настолько велико, что скорость ионовсильно возрастает.
Катод, бомбардируемый ионами, разогревается,и с его поверхности возникает термоэлектронная эмиссия. В приборах с ртутным катодом повышение температуры катода приводитк более интенсивному испарению ртути. Плотность паров ртутиповышается, увеличивается число столкновений электронов с молекулами ртути, образуется все большее число ионов. Ионы, находясьочень близко от поверхности катода, создают электрическое полебольшой напряженности (около 10е— 108 В/см), вызывающее электростатическую электронную эмиссию.В результате появления термоэлектронной и электростатической эмиссии число электронов в приборе резко увеличивается;их объемный заряд компенсирует положительный объемный зарядионов и напряжение уменьшается (область 6).
Возникает дуговойразряд (область 7). Для этого разряда характерны малое падениенапряжения между катодом и анодом (в основном вследствие незначительного катодного падения) и большой ток через прибор. Дуговой разряд используется в мощных ионных приборах, ртутныхвентилях и игнитронах.О собой формой разряда является дуговой разряд в приборахс накаливаемым катодом. В них дуговой разряд возникает принебольших напряжениях на электродах, так как катод разогревается не ионами, а посторонним источником напряжения.
Такойразряд, называемый низковольтной дугой, используется в газотронах и тиратронах. Низковольтная дуга может возникать припотенциале анода, меньше потенциала ионизации или дажепотенциала возбуждения. В первом случае низковольтнуюдугу называют нормальной, а во втором случае — аномальной., В ионных приборах используется также высокочастотный разряд, вызываемый действием высокочастотного электромагнитногополя. Е сли электроды прибора, показанного на рис. 8-1, отключить от батареи и использовать как обкладки конденсатора в высокочастотном колебательном контуре, то в разрядном промежуткепоявится высокочастотное поле и возникнет высокочастотный разряд.
Особенность этого разряда заключается в том, что малоподвижные ионы не успевают изменять направление своего движенияпри быстрой перемене знаков потенциала на электродах и образуютобъемный положительный заряд.Высокочастотныйразрядвозможен при низких значениях разности потенциалов наэлектродах.Этот вид разряда используется в радиолокационных резонансных разрядниках.8-3. П РИ БО РЫ Д У ГО В О ГО Р А З Р Я Д АВ группу приборов дугового разряда входят приборы с несамостоятельным дуговым разрядом, снабженные подогревным катодом(тиратроны), а также приборы с самостоятельным дуговым разрядом (игнитроны, ртутные вентили и др.).Тиратрон.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
