Вольт-амперная характеристика газового разряда. Ударная ионизация

Рис. 21.1

Закон Ома, предполагающий линейную зависимость тока /от напряжения U, часто не соблюдается для газов. В общем случае для газового разряда эта зависимость имеет более сложный вид, например такой, как на рис. 21.1. Объяснить такое поведение кривой можно изменением концентрации носителей тока в зависимости от напряжения.

При небольших значениях напряжения имеет место несамостоятельная проводимость, инициируемая энергичными молекулами или космическими лучами. При этом небольшого постоянного количества носителей тока хватает для поддержания линейной зависимости тока от напряжения и приближенного соблюдения закона Ома (участок 0—1 на рис. 21.1). Однако с ростом напряжения кривая выходит на насыщение и переходит в горизонтальную прямую (участок 1—2 на рис. 21.1). Это насыщение объясняется тем, что начиная с некоторого напряжения все немногие носители быстро выносятся на электроды и концентрация их в разряде падает. Величина получаемого тока насыщения ограничена числом носителей тока, создаваемых в разряде в единицу времени внешним ионизатором.

Однако если сильно повысить напряжение, то ток начинает резко возрастать (участок 2—3 на рис. 21.1). Электроны разряда (точнее, их наиболее энергичная часть) приобретают в поле энергию, сравнимую с энергией ионизации молекул. Это позволяет им ионизовать молекулы газа и ведет к росту концентрации носителей тока. В интенсивном разряде первичный электрон образует вторичные, вторичные электроны образуют третичные и т.д. Возникает так называемая электронная лавина, или каскадный процесс. В каскадном процессе к тому же часто одни частицы порождают другие: например свободные электроны при возбуждении молекул рождают фотоны, а фотоны при ионизации молекул рождают свободные электроны. Такой процесс называют ударной ионизацией. При высоких напряжениях возможна ударная ионизация не только электронами, но и ионами.

В реальных разрядах ударная ионизация оказывается не единственным и часто даже не основным процессом генерации носителей тока на этой стадии. Так, более активно может идти выбивание электронов из катода (электрода, присоединенного к отрицательному полюсу источника тока) ионами разряда — вторичная электронная эмиссия с катода. Активность этого процесса определяется тем, что скорость взаимодействия частиц пропорциональна концентрации частиц и взаимодействие активней идет в конденсированной среде (катоде), чем в разреженной (газе). К тому же работа выхода электрона из катода на порядок меньше энергии ионизации молекул.

Третий процесс, влияющий на проводимость газов, — термическая ионизация, особенно проявляющаяся при разогреве разряда, в том числе самопроизвольном. Суть ее в том, что при столкновении энергичных молекул происходит выбивание электронов и превращение молекул в ионы. Четвертый фактор — возникающие в разряде фотоны, способные производить фотоионизацию молекул газа и вторичную электронную эмиссию с катода.

Наконец, пятый фактор — термоэлектронная эмиссия — излучение нагретым металлом катода электронов.

Таким образом, в результате всех этих процессов на участке 2—3 (см. рис. 21.1) происходит лавинообразный рост концентрации носителей тока в разряде. Число их определяется теперь не ионизатором, а действием самого поля, и проводимость из несамостоятельной становится самостоятельной (происходит пробой). Напряжение, при котором зажигается самостоятельный разряд, называют напряжением пробоя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >