Развитие - электронная лавина
Cтраница 2
Тлеющий разряд является одним из наиболее распространенных типов разряда при низких давлениях. Несамостоятельный разряд может перейти в самостоятельный при условии, если число электронов и ионов, возникающих при разряде, больше или равно числу ионов, уходящих из разряда. Возникновение ионов в разряде происходит благодаря развитию электронных лавин. Каждый электрон, находящийся в разрядном промежутке, ионизует при столкновении атом, при этом получаются новые электроны, которые, в свою очередь, ионизуют другие атомы. Число электронов, двигающихся к аноду, увеличивается с удалением от катода. Разность потенциалов, при которой происходит переход несамостоятельного разряда в самостоятельный, называется потенциалом зажигания. Как видно из рисунка, кривые имеют минимум. [16]
Рассмотрим кратко особенности пробоя газа между плазмой и электродом. Здесь главной отличительной чертой является то, что один из электродов - плазма - содержит в себе свободные электроны и ионы. Поэтому, когда плазма служит катодом, для развития электронной лавины не требуются ( - процессы ( эмиссия вторичных электронов из катода), составляющие основу теории Таунсенда - Роговского. Таким образом, применительно к пробою промежутка плазма - холодный электрод основные исходные положения теории Таунсенда - Роговского теряют смысл. В настоящее время теория этого явления еще отсутствует и для ее разработки необходимо накопление экспериментальных данных. [18]
Фронт УВ, имеющий существенно более высокую температуру и плотность атомов, чем спутный поток и тем более незатронутый возмущением лабораторный воздух, обеспечивает условия для развития электронной лавины. По достижении близкой к полной однократной ионизации плотности электронов и ионов во фронте УВ, коэффициент отражения плазмы фронта УВ приближается к единице. Отражение от УВ происходит синфаэно с падающим излучением. [19]
Эта реакция энергетически более выгодна по сравнению с остальными, поскольку для ее осуществления требуется энергия, которая меньше потенциала ионизации на величину энергии диссоциации. Вместе с тем с ростом скорости ВУВ заметно повышается роль процесса ионизации, связанного с электронным ударом. Ионизация электронами практически не играет никакой роли при скоростях ВУВ менее 5000 м / с, С другой стороны, при скоростях выше 10000 м / с процесс ионизации при электронном ударе, как и в одноатомных газах, становится основным. При скоростях выше 5000 м / с ионизация при атом-атомных столкновениях играет роль источника начальных затравочных электронов, необходимых для развития электронной лавины. [20]
Эта реакция энергетически более выгодна по сравнению с остальными, поскольку для ее осуществления требуется энергия, которая меньше потенциала ионизации на величину энергии диссоциации. Вместе с тем с ростом скорости ВУВ заметно повышается роль процесса ионизации, связанного с электронным ударом. Ионизация электронами практически не играет никакой роли при скоростях ВУВ менее 5000м / с. С другой стороны, при скоростях выше 5000м / с ионизация при атом-атомных столкновениях играет роль источника начальных затравочных электронов, необходимых для развития электронной лавины. [21]
Эта реакция энергетически более выгодна по сравнению с остальными, поскольку для ее осуществления требуется энергия, которая меньше потенциала ионизации на величину энергии диссоциации. Вместе с тем, с ростом скорости ВУВ заметно повышается роль процесса ионизации, связанного с электронным ударом. Ионизация электронами практически не играет никакой роли при скоростях ВУВ менее 5000м / с. С другой стороны, при скоростях выше 5000м / с, ионизация при атом - атомных столкновениях играет роль источника начальных, затравочных электронов, необходимых для развития электронной лавины. [22]
Может показаться, что этим и исчерпывается исследование стационарных структур: чтобы выяснить, какая из них реализуется в действительности, следует, вообще говоря, решать нестационарную задачу о формировании и эво - Л10ция фронта ударной волны. Физический смысл этого утверждения состоит в том, что источником ионизации является именно фронт ударной волны. Положив С 0, мы требуем отсутствия такого источника. При К; 0 его роль формально может сыграть любое малое возмущение а. Однако если характерное время развития электронной лавины в электрическом поле превышает время движения ударной волны в установке, то пробой газа вдали от фронта электрическим полем не успевает произойти. Существенной здесь является волна ионизации, индуцированная ударной волной и движущаяся вместе с ней; ее фазовая скорость определяется профилем возмущения степени ионизации в набегающем потоке, возникающем за счет фотоионизации. Это малое возмущение довольно велико - как правило, в диапазоне 10 - Б-10-3; такая значительная ионизация газа не может быть вызвана случайными обстоятельствами. [23]
Электроны разгоняются в электрическом поле у катода и приобретают энергию, достаточную для возбуждения и ионизации газа. При ионизации возникает большое число электронов и положительных ионов. Скорость последних значительно меньше, чем скорость электронов, и поэтому в темном катодном пространстве создается объемный положительный заряд. Образующиеся в темном пространстве ионы ударяются о катод и выбивают из него электроны. Таким образом, благодаря процессу ионизации и вырыванию электронов из катода, происходит развитие электронной лавины. Величина темного катодного пространства в нервом приближении обратно-пропорциональна давлению, потому что для поддержания разряда каждый электрон должен создать достаточное число ионов, чтобы выбить из катода один электрон. Это означает, что размеры катодного пространства тем меньше, чем больше давление, так как с ростом давления растет число столкновений, а следовательно, и число ионов на единицу длины темного катодного пространства. [24]
Однако искажение поля пространственными зарядами происходит не только в области ионизации ( от нуля до d), где развивается самостоятельный разряд, но и во внешней области. Это искажение происходит в сторону увеличения напряженности поля во внешней области разряда. По мере развития пробоя на коронирующий слой приходится все меньшая и меньшая доля общего напряжения, приложенного к разрядному промежутку. Вследствие этого ионизационное нарастание сперва перестает увеличиваться, а затем вновь уменьшается до значения единица, и режим разряда становится устойчивым при сравнительно слабом токе. Поэтому кривая, пробегаемая ионизационным нарастанием у, не имеет такого высокого максимума, как в случае плоских электродов, когда на область развития электронных лавин приходится почти полностью напряжение между электродами. [25]
Если напряженность электрического поля достаточна для осуществления пробоя, то число таких ионов должно быть настолько большим, чтобы вызвать в среднем испускание еще одного электрона. Это обстоятельство, так же как и ряд других, в частности независимость времени формирования разряда от материала катода, заставили отказаться от такой картины. В дальнейшем таунсендовский процесс размножения был видоизменен; наряду с ионизацией электронным ударом рассматривалась также и фотоионизация в газе. Так как ионы не успевают прийти на катод, чтобы создать достаточное количество вторичных электронов, то считалось, что может происходить поглощение световых квантов ( образованных при столкновениях электронов с молекулами) теми молекулами газовой смеси, которые имеют низкий потенциал ионизации. Таким образом, эта компонента газовой смеси будет ионизована очень быстро. Кроме того, из-за малой подвижности ионов последние образуют пространственный заряд, содействующий развитию электронной лавины, движущейся к аноду. Этот положительный пространственный заряд создает радиальное электрическое поле, достигающее величины порядка продольного поля. Радиальное поле, важная роль которого оставалась ранее невыясненной [182], вызывает радиальные лавины, начинающиеся на фотоэлектронах в газе и усиливающие действие основной лавины. Все это снижает времена формирования разряда до времен пролета электронов ( 10 - 7 сек и меньше), так как время пролета фотонов определяется скоростью света. [26]
Страницы: 1 2