1 1. Условие самостоятельности разряда. 2. Кривые Пашена. 3. Время развития разряда. 4. Пробой газа в неоднородном электрическом поле. 5. Возникновение и развитие стримеров Лекция 7.

2 Поток электронов, порожденный в газовом промежутке одним электроном, получил название электронной лавины Схема электронной лавины 1. Условие самостоятельности разряда.

3 Коэффициент ударной ионизации α - произведение числа соударений Z = 1/λ на пути в 1 см на вероятность ударной ионизации на длине свободного пробега: Первый коэффициент Таунсенда α - число актов ионизации электрона на пути в 1 см.

4 Электронный компонент тока разряда определится как. Поскольку полный ток на аноде переносится электронами, то для него будем иметь следующее соотношение:.

5 Влияние вторичной электронной эмиссии на усиление тока в разрядном промежутке длиной d (воздух, р = 200 Тор).

6 Для возникновения самостоятельного разряда необходимо, чтобы начальная самопроизвольно возникающая лавина обеспечила за счет вторичных процессов, связанных с ее развитием, появление у катода хотя бы одного нового ("вторичного") электрона, вызывающего вторичную лавину. Механизмы вторичной эмиссии освобождение электронов из катода при бомбардировке его поверхности положительными ионами начальной лавины (второй коэф. Таунсенда) фотоэффект с поверхности катода, осуществляемый излучением лавины появление новых электронов в объеме газа (за счет ассоциативной ионизации, фотоионизации). N el = N eu + N еф +N ефи + …. = γN + γ - обобщенный коэффициент вторичной ионизации.

7 Условие самостоятельности разряда: N el >1 или γ·N + >1 Учитывая, что N + = e α·d -1, условие перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный можно записать в виде:

8 Зависимость плотности тока от напряженности электрического поля I. Область слабых полей. II. Область ударной ионизации. III. Область разряда.

9 2. Закон Пашена Кривая Пашена для воздуха ГазNeАrАrH2H2 Воздух (p·d) мин. см·Торр U прмин, В

10 U пр = E пр ·d Решение этих уравнений:

11 Кривая Пашена для воздуха

12 Зависимость от давления газа числа соударений электронов с молекулами (1), вероятности ионизации молекулы (2) и коэффициента ударной ионизации (3). Коэффициент ударной ионизации α это произведение: числа соударений Z = 1/λ на пути в 1 см на вероятность ударной ионизации на длине свободного пробега:

13 Отступления от закона Пашена Зависимость пробивного давления азота от давления. 1.В области высоких давлений 2.В малых зазорах 3.При больших перенапряжениях (в импульсном разряде)

14 3. Время разряда Время разряда определяется как время, прошедшее от момента достижения напряжения на электродах величины статического пробивного напряжения до момента сформирования между электродами проводящего пути. Во времени разряда t р различают две составляющие: статистическое время запаздывания t cm время формирования разряда t ф t Р = t ст + t ф. Время формирования разряда – это время от момента появления «эффективного» электрона до формирования между электродами проводящего пути.

15 Статистическое время запаздывания - время от момента достижения напряжения на электродах величины статического пробивного напряжения до появления «эффективного» электрона.

16 4. Пробой газа в неоднородном электрическом поле. Образование эффективного электрона Развитие электронной лавины Ток ионов на катод Вторичная эмиссия электрона ·[exp( · d) 1]

17 Вторичные лавины развиваются в промежутке, где присутствует нескомпенсированный заряд ионов от предшествующих лавин. Пусть в результате предшествующей серии лавинных генераций вблизи анода накопился объемный заряд положительных ионов. Он равномерно распределен в области d 1 d. катод анод

18 Электронная лавина 1 развивается в эффективном межэлектродном промежутке длиной d 1 в электрическом поле E 1 катод анод Число электронов в этой лавине где N 0 – начальное число электронов на катоде. Число ионов в лавине Электронная лавина 2 будет развиваться в электрическом поле E 2 и эффективном межэлектродном промежутке d 2. Количество ионов в ней определяется выражением где N 0 [exp( 1 d 1 ) 1] – начальное число электронов на катоде во второй лавине.

19 С одной стороны, d 2 d 1, и этот фактор ведет к снижению коэффициента. С другой стороны, 2 > 1, что должно увеличивать. катод анод Между поверхностью катода и границей области свечения существует область прикатодного падения потенциала. Роль этой области состоит в том, чтобы за счет ударной ионизации усилить слабый электронный ток с катода до величины, равной электронному току в плазме.

20 5. Возникновение и развитие стримеров Скорость электронной лавины в воздухе при нормальном давлении и при Е=30 кВ/см имеет порядок 10 7 см/с. При увеличении длительности импульса или его амплитуды были обнаружены новые ионизационные образования, занимающие большой объем и распространяющиеся с большой скоростью. Фотографии развития ионизационных процессов, полученные с помощью ионизационной камеры.

21 Схематическое устройство ионизационной камеры: 1 – электроды; 2 – стеклянный цилиндр; 3 – диафрагма; 4 – вспомогательный искровой промежуток; 5 – кварцевое стекло. + -

22 Стример, развивающийся в сторону катода, был назван положительным. Скорость его распространения в воздухе составляет (1 2) 10 8 см/с. Стример, продолжающий развиваться по направлению электронной лавины, был назван отрицательным, и скорость его распространения в воздухе составила (7 8) 10 7 см/с. После распространения стримеров на весь межэлектродный промежуток происходил его полный пробой.

23 Схема развития положительного стримера: 1 – электронная лавина; 2 – оставленный лавиной объемный заряд; 3 – фотоэлектроны; 4 – проводящая плазма Положительный стример Основные факторы, определяющие зарождение и развитие стримеров: электрическое поле, создаваемое зарядами электронной лавины электроны, появляющиеся в результате фотоионизации фотоэлектроны.

24 Схема развития отрицательного стримера: 1 – электронная лавина; 2 – электромагнитное излучение (фотон); 3 – фотоэлектрон. Отрицательный стример

25 Условие возникновения и распространения как положительного, так и отрицательного стримеров, записывается в виде где коэффициент k колеблется в широких пределах (k = 0,5 1). Смысл этого условия сводится к тому, что напряженность поля, создаваемая объемными зарядами, должна быть по величине сравнима с напряженностью основного поля. E 1 = k·Е ср.