Формирование разряда. Условие самостоятельности

Возникновение лавины и даже пересечение ею всего расстояния между электродами еще не озна­чает пробоя промежутка и превра­щения разряда в самостоятельный. Действительно, канал лавины за­полнен положительными ионами и, хотя движение этих ионов к катоду и создает в промежутке ток, этот ток прекращается после ухода на катод всех ионов. Для возобновле­ния ионизации необходимо образо­вание нового электрона, и если этот новый электрон может быть создан только внешним ионизатором, раз­ряд остается несамостоятельным и сопровождается прохождением в промежутке отдельных импульсов тока, частота повторения которых зависит только от интенсивности внешнего ионизатора.

Для превращения разряда в са­мостоятельный необходимо образо­вание новых электронов (их обыч­но называют вторичными) за счет процессов, происходящих в самом промежутке, и еще до того, как пер­вая лавина полностью прекратила свое существование. Развитие пер­вой лавины создает для этого бла­гоприятные условия. Вторичные электроны могут создаваться под действием:

а) бомбардировки катода соз­данными лавиной положительными ионами;

б) фотоионизации на катоде, осуществляемой излучением началь­ной лавины;

в) фотоионизации в объеме за счет излучения начальной лавины.

При различных давлениях газа удельный вес этих процессов будет различным. Ионизация на поверх­ности катода положительными ионами происходит довольно интенсивно. В среднем один электрон вы­бивается с поверхности после уда­ра нескольких десятков ионов. Но при атмосферном давлении этот процесс является весьма медлен­ным. Так как большая часть ионов сосредоточена в головке лавины, для осуществления ионизации на катоде они должны пересечь практи­чески весь промежуток между элек­тродами. Даже при небольшом рас­стоянии между электродами s= 1 см, на это требуется время по­рядка 5 мксек. При уменьшении давления скорость ионов пропор­ционально, увеличивается (если на­пряженность поля сохраняется неиз­менной) и поэтому для ионизации на катоде требуется меньшее время. Фотоионизация на катоде для свое­го развития не требует такого боль­шого времени, так как фотоны распространяются со скоростью све­та.

Рис.1. Возникновение и развитие анодного стри­мера.

1 — начальная лавина; 2 — вторичные лавины; 3 — скопление положительных зарядов на головке стримера; 4 — анодный стример.

Образованные этими фо­тонами вторичные электроны дадут начало новым лавинам, электроны которых будут притягиваться объем­ным положительным зарядом, рас­положенным в головке начальной лавины (рис.1,а). В пространст­ве, заполненном объемными заря­дами, средняя напряженность поля невелика, поэтому большое количе­ство проникших туда электронов превращается в отрицательные ионы, и в месте расположения положи­тельного объемного заряда обра­зуется канал, заполненный плаз­мой— так называемый стример (рис1,б).

Канал стримера является проводящим, плазма обладает тем боль­шей проводимостью, чем больше ионов содержится в единице ее объ­ема), поэтому на его конце создает­ся повышенная напряженность поля. Между тем продолжающаяся фото­ионизация в объеме приводит к об­разованию все новых лавин, которые двигаются в направлении наиболее сильного поля, т. е. к головке стри­мера. Электроны этих лавин уходят в канал стримера, а ионы создают вблизи его головки объемный поло­жительный заряд, который притягивает последующие лавины, пре­вращающие его в плазму (рис.1,б и в). Таким образом, канал стри­мера постепенно удлиняется, про­растая к катоду, причем этот процесс идет со все возрастающей скоро­стью, так как напряженность поля на головке стримера по мере его продвижения в глубь промежутка непрерывно увеличивается. После пересечения стримером всего про­странства между электродами про­бой можно считать завершенным, так как в промежутке образовался сквозной проводящий канал, запол­ненный плазмой (рис.1,г).

Если напряженность поля между электродами увеличить, то достаточ­ное для возникновения фотоиониза­ции в объеме искажение поля на­ступает еще до того, как начальная лавина пересечет весь промежуток между электродами (Х_К<S). В этом случае вторичные электроны возни­кают не только позади головки на­чальной лавины, но и перед ней (рис.2). В промежутке одновременно развивается несколько лавин, каждая из которых должна пройти только часть расстояния между электродами, поэтому время разви­тия разряда существенно умень­шается.

Очевидно, что при минимальном напряжении, при котором еще воз­можен пробой промежутка, начальная лавина успевает пересечь все пространство между электродами. Для того чтобы при этом возникла достаточно интенсивная фотоиони­зация в объеме, необходима опреде­ленная степень искажения внешнего поля, т. е. определенная величина заряда начальной лавины. Заряд начальной лавины пропорционален числу электронов в ее головке, т. е. величине . Поэтому условие обра­зования стримера, а следовательно, и условие пробоя в однородном поле можно записать следующим обра­зом:

Поиск по сайту: