Коэффициент ударной ионизации

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 20Следующая ⇒

Ответ: Этот коэффициент является самой важной характеристикой, используемой в теории газового разряда и определяющей основную реакцию, приводящую к развитию разряда. Ударная ионизация может быть представлена реакцией вида e + M → M⁺ + 2e, где M — атом или молекула газа. Коэффициент ударной ионизации равен числу актов ионизации, осуществляемых одним электроном на пути в 1 см вдоль поля. Энергия ионизации — W_и, для большинства газов составляет 12-20 эВ:

Газ	O₂	H₂O	CO₂	N₂
Энергия ионизации, эВ	12, 5	12, 6	14, 4	15, 5

Коэффициент ударной ионизации, обозначаемый обычно α и называемый еще первым коэффициентом ударной ионизации Таунсенда, определяется по увеличению тока в промежутке между электродами в результате ионизации молекул газа при столкновениях с электронами. Процесс ионизации ведет к образованию новых свободных электронов. Эти свободные электроны, в свою очередь, приобретают энергию поля, достаточную для ионизации, то есть для образования новых электронов. Ток, протекающий в промежутке с однородным полем, возрастает и дается выражением i = i₀exp(α d), (1.7) где d — длина промежутка (в сантиметрах), а i₀ — начальное значение тока. Так как ионизация происходит при энергии электрона W ≥ W_и, а энергия, приобретаемая электроном, зависит от поля и от длины пути свободного пробега, определяемой плотностью газа, то и вероятность ионизации, а следовательно и коэффициент α должны зависеть от поля и от концентрации молекул газа n или его давления р. Эксперименты подтверждают, что действительно имеется зависимость α /n = f(Е/n) или α /р = f(Е/р), причем при давлениях газа порядка атмосферного эта зависимость хорошо описывается уравнением вида α /N=A exp[B/(E/N)], где где А и В — константы, зависящие от газа. На рисунке приведена экспериментальная зависимость α /n = f(Е/n) для воздуха. Отношение E/n часто называют приведенной напряженностью поля.

Зависимости коэффициентов ионизации и прилипания и эффективного коэффициента ионизации в воздухе от E/n

Как видно по рисунку, возрастание α /n с ростом приведенной напряженности E/n становится менее интенсивным, что связано с двумя факторами: если увеличение E/n происходит за счет роста напряженности поля Е при неизменной плотности газа n, то с возрастанием энергии свободных электронов при их движении, уменьшается время взаимодействия при их столкновениях с молекулами, что приводит к уменьшению скорости роста вероятности ионизации; если рост E/n связан с уменьшением n, то уменьшается число молекул, с которыми сталкивается электрон, а, следовательно, уменьшается и число столкновений, что означает изменение α.

11)Образование лавины электронов, понятие самостоятельного разряда

Ответ: Если напряженность электрического поля достигнет значения Е, при котором возможна ударная ионизация, то в межэлектродном пространстве возникают лавинные процессы. При этом происходит размножение заряженных частиц – электров и ионов. Рассмотрим протекание этого процесса. Предположим, что в какой-либо точке поля с напряженностью Е возник свободный электрон, обладающий энергией, достаточной для ионизации молекулы газа. Начальный электрон может возникнуть в результате фотоионизации молекулы газа каким-либо внешним ионизатором. Этот электрон ионизирует молекулу, что приводит к образованию положительного иона и двух электронов. Разгоняясь в электрическом поле, каждый из этих электронов, в свою очередь, ионизирует по молекуле, что приводит к лавинообразному процессу(рис. 8).

а) б)

Рис. 8. Схема образования электронов (а) и распределение в ней заряженных частиц (б)

Обозначим через S расстояние, которое может пробежать лавина (расстояние между электродами). В равномерном поле E = const и, следовательно, постоянен и коэффициент ударной ионизации a. Число электронов в лавине будет составлять т.е., число электронов возрастает с расстоянием S по экспоненциальному закону и при том с тем большей интенсивностью, чем больше коэффициент ударной ионизации a. Электроны и ионы, образовавшиеся в лавине, перемещаются под действием электрического поля. Подвижность электронов много больше подвижности ионов, в результате в голове лавины образуется избыток электронов, а в ее хвосте преобладают положительно заряженные ионы, рис. 8 б. Самостоятельный разряд: Для образования лавины необходим один начальный электрон. При непрерывном воссоздании начальных электронов лавинный процесс не прекращается. Начальные электроны могут создаваться внешними ионизаторами, в этом случае разряд называется несамостоятельным. Воссоздание начальных электронов может происходить и за счет ионизационных процессов в самой лавине. В этом случае процесс носит саморегулирующийся характер и разряд называется самостоятельным. Установим условия самостоятельного разряда в равномерном поле. Согласно соотношению , число ионизаций в лавине . Ионизация в лавине сопровождается возбуждением части молекул и излучением фотонов. Излучаемые фотоны могут вызвать вторичную ионизацию в газе. Назовем коэффициентом вторичной ионизации g – число вторичных электронов, создаваемых фотонами, отнесенное к одному акту ионизации в лавине. Если в лавине происходит ионизаций, то общее число вторичных электронов равно . Если это число равно 1, это означает, что в результате своего развития лавина воссоздает начальный электрон. Следовательно, при условии , разряд будет поддерживаться, если даже действие внешнего ионизатора прекращается. есть условие самостоятельного разряда.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒