Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 11
Текст из файла (страница 11)
О многие асс р матриваемые процессы относятся также н пах. днако ее к другим типам газоразрядных ламп, поэтому при об. суждении процессов зажигания этих ламп будем широко ссылаться на эту главу. Зеь ЯтИЗИЧЕСНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ЗАЖИГАНИИ РАЗРЯДА Технические аспекты проблемы установления разряда в люминесцснтной лампе уже были рассмотрены в гл. 2; прикладывая к лампе достаточно высокий потенциал для возникновения ионизации и ограннчиваяток (и потенциал на лампе) до требуемого рабочего уровня, можно обеспечить зажигание разряда в лампе. Здесь рассмотрим некоторые детали и факторы, определяющие требуемый для зажигания лампы потенциал. а) Таунсандовсная лавина Вероятно, наиболее важной вехой в изучении процесса возникновения разряда в газах было очень обстоятельное исследование Таунсенда (3.
Б. Тон пзепб), которому он дал название «лавина», а ныне известно как «таунсендовская лавина» 1Л. 3-11. Этот процесс иллюстрируется на рис. 3-!,а, на котором можно видеть разрядный прибор, состоящий из двух параллельных пластин, отстоящих друг от друга на расстоянии и'. Прибор заполнен газом при определенном давлении. Потенциал, приложенный между отрицательным катодом и положительным анодом, создает между ними электрическое поле.
Если электрон, эмитированный из катода в результате фотоэлектрической эмиссии .или полученный в газе ионизацией атома космическим излучением, окажется в ускоряющем электрическом поле, то он начнет перемещаться в направлении анода. Если напряженность электрического поля достаточно высока, электрон получает необходимую энергию для ионизации нейтральных атомов, с которыми он может сталкиваться при своем движении, как это показано на рис. 3-!,а, где видно, что в результате такого столкновения один электрон в газе порождает два других заряда: электрон и положительно заряженный атом (положительный ион).
Оба этих электрона в ускоряющем электрическом поле могут увеличить свою энергию. При этом возникзст вероятность ионизации других атомов этими 57 оч гтга 473Нгу (3-!) гЕиНЕ) Е = Е«е"". электронами. Теперь появляются 4, затем 8, !6, 32.. ..., 2" новых электронов. Таунсенд дал наиболее правильнуго качественную картину развития пробоя газа приняв, что имеется существенно постоянная вероятность рождения новых электронов при прохождении электрона вдоль ускоряющего поля за счет ионизации атомовс.
Обозначим вероятность ионизации атома электронным ударом на единице пути а) Рис, Зц. Схематическая иллгострация «таунсендовского» лавинного процесса !и) и зависимость тока от расстояния между анодом и катодом г) при постоянной напряженности электрического поля (б). а. Если две плоскости, параллельных электродам, нахо- дятся на расстоянии с(х и электрический ток Е проходит через площадку х, то электрический ток через площадку х+с(х получим из следующего выражения; Е (х~+ сЕх) = Е (х) + асЕх Е (х); (Е (х + сЕх) —;Е (х)] !'гЕх = аЕ (х); с(ЕЕ'гЕх = аЕ; Электрический ток, проходящий через произвольнуго площадку в междуэлектродном пространстве, не может быть измерен, но электронный ток на аноде можно измерить и он будет меняться, с изменением анодно-катод- ного расстояния, как Е е"' где ге — электронный ток катода, а гŠ— расстояние между анодом и катодом.
33 Й экспериментах Таунсенда фикс)гранилось значений ге, получаемое при освещении катода УФ излучениеМ в результате фотоэлектрической эмиссии и был измерен анодный ток как функция расстояния пг при постоянном электрическом поле в междуэлсктродном пространстве. Это было осупгествлено путем увеличения потенциала между электродами пропорционально расстоянию между ними. Как показано на рис. 3-!,б (схематично), результат таких эксперимснтов — экспоненциальное увеличение с расстоянием и током, пропорциональным начальному фототоку. Постояшгая экспоненты а, конечно, зависит от напряженности электрического поля, типа газа, давления (или плотности газа), так как все эти факторы определяют распределение энергии электронов и ту часть электронов, которые имеют достаточный запас энергии для ионизации атомов газа.
Важно заметить, что распределение энергии электронов при этих условиях далеко от максвелловского; есть несколько слишком «далеких» электронов, оказывающих при электрон-электронном столк- 0733 гй "т Гтгцдга. п,г773 еЕ75 7, з Егггг'слг /7а) Рнс. 3-2. Зависимость аЕр от оЕр для некоторых газов ЕЛ. 3-2!. 39 Ф йовении влияние на все распределение. Кроме того, в большинстве случаев эти электроны обычно анизотропны; многие электроны в какой-то данный момент имеют преимущественное движение в направлении анода, но не катода.
На рис. 3-2 показана зависимость а/р от Е/р для инертного газа 1Л. 3-21, где Š— напряженность электрического поля; р — -давление газа, Па. Удивительно, что измерения значения а в смеси ртути и инертных газов нам известны из неопубликованных работ, несмотря на большое значение таунсендовских лавинных процессов при зажигании всех видов газоразрядных ламп, содержащих эти смеси. Светотехническая промышленность, по-видимому, удовлетворена тем, что имеется полное качественное понимание пусковых процессов. б) Вторичная эмиссия Как показывают выражения (3-1) и рис. 3-2, таунсендовский лавинный процесс сам по себе недостаточен, чтобы превратить газ в постоянный проводник.
Ток зависит от поддержания фотоэлектрической эмиссии 10 из катода на определенном уровне; с уменьшением УФ излучения уменьшается 1к до более низкого уровня и ток ионизации соответственно снижается. Второе условие может быть удовлетворено, если разряд становится самостоятельным. В простом рассмотрении каждый электрон, покидающий катод, должен приводить в действие ионизационную цепочку, в результате чего появляется по крайней мере еще один новый электрон, покидающий катод. Когда разряд становится самостоятельным, ультрафиолетовое облучение катода может быть исключено.
Один из процессов, который может быть получен, зависит от положительных ионов. На рис. 3-1 показано, что появление каждого нового свободного электрона в газе связано с появлением положительного иона. Эти положительные ионы под действием электрического поля двигаются в направлении катода; когда ионы достигают катода, имеется вероятность у», что положительный ион, нейтрализуясь на поверхности катода, при этом эмиттирует новый электрон; этот процесс известен как к в т о р и ч н а я электронная эмиссия».
60 Может быть принято, что каждый электрон высвобождает из катода г"' электронов, достигающих анода, и е"а — 1 положительных ионов появится в газе. Предположим для простоты аргументации, что все они достигают катода (в большинстве случаев это предположение не обосновано) и тогда каждый из них обладает вероятностью у, освобождения вторичного электрона в процессе нейтрализации. Условия для возникновении самостоятельного разряда запишем в виде следующего выражения: Ф ф Т,(е" — 1) =.=.1.
Ы (3-2) Для большинства ионов и материалов катодов у, мало — несколько процентов, и почти нс зависит от энергии иона в области энергий вероятных столкновений, имеющих место при зажигании газоразрядных приборов, поэтому у; практически не зависит от потенциала между электродами. 11ри фиксированном расстоянии между электродами иногда а изменяется очень сильно с изменением потенциала, и поэтому член е еще сильнее изменяется с изменением потенциала. При некотором критическом потенциале, удовлетворя|о1пем (3-2), каждому освобождающемуся электрону из катода соответствует более чем один новый электрон, эмиттируемый катодом; тогда ток непрерывно увеличивается независимо от фотоэлектрической эмиссии катода.
Условия прохождения тока через главный разрядный канал разрядной трубки определяются факторами, описанными в гл. 2. Если отсутствует последовательно включенный с разрядной трубкой резистор, то при постоянном приложенном к ней напряжении ток будет увеличиваться без ограничения до тех пор, пока какой-нибудь элемент цепи не выйдет из строя.
В практическом случае имеются другие у-процессы, кроме вторичной электронной эмиссии, обусловленной ионной бомбардировкой катода, в результате чего освобождаются электроны из катода и устанавливается самостоятельный ~разряд. Наряду с появлением новых электронов и ионов, образующихся в газе, образуются также возбужденные атомы; часть этих излучений, попадая иа катод освобождает фотоэлектроны.
В дополнение укажем, что при диффузии в направлении катода могут быть получены метастабильные атомы и некотопые из них, попадая на катод, могут освобождать вто- 6! ричные электроны. В результате этого значение у для всех этих процессов может очень круто возрасти вблизи поверхности катода, поэтому при некоторой данной практической геометрии катодов очень трудно определить даже приблизительно значение у, получаемое из (3-2). И как результат этого потенциал, требуемый для установления самостоятельного разряда (напряженне зажигания), не может быть в общем виде получен на основании (3-2), даже если известны точные зависимости а от (Е(р).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
