Відповідь: Цей коефіцієнт є найважливішою характеристикою, використовуваної в теорії газового розряду і визначальною основну реакцію, що призводить до розвитку розряду. Ударна іонізація може бути представлена реакцією виду e + M → M + + 2e, де M - атом або молекула газу. Коефіцієнт ударної іонізації дорівнює числу актів іонізації, що здійснюються одним електроном на шляху в 1 см уздовж поля. Енергія іонізації - Wи. для більшості газів становить 12-20 еВ:
Енергія іонізації, еВ
Коефіцієнт ударної іонізації, що позначається зазвичай # 945; і званий ще першим коефіцієнтом ударної іонізації Таунсенда, визначається по збільшенню струму в проміжку між електродами в результаті іонізації молекул газу при зіткненнях з електронами. Процес іонізації веде до утворення нових вільних електронів. Ці вільні електрони, в свою чергу, набувають енергію поля, достатню для іонізації, тобто для утворення нових електронів. Струм, що протікає в проміжку з однорідним полем, зростає і дається виразом i = i0 exp (# 945; d), (1.7) де d - довжина проміжку (в сантиметрах), а i0 - початкове значення струму. Так як іонізація відбувається при енергії електрона W ≥ Wи. а енергія, що купується електроном, залежить від поля і від довжини шляху вільного пробігу, яка визначається щільністю газу, то і ймовірність іонізації, а отже і коефіцієнт # 945; повинні залежати від поля і від концентрації молекул газу n або його тиску р. Експерименти підтверджують, що дійсно є залежність # 945; / n = f (Е / n) або # 945; / р = f (Е / р), причому при тисках газу порядку атмосферного ця залежність добре описується рівнянням виду # 945; / N = A exp [B / (E / N)], де де А і В - константи, що залежать від газу. На малюнку приведена експериментальна залежність # 945; / n = f (Е / n) для повітря. Ставлення E / n часто називають наведеної напруженістю поля.
Залежності коефіцієнтів іонізації і прилипання і ефективного коефіцієнта іонізації в повітрі від E / n
Як видно з малюнку, зростання # 945; / n з ростом наведеної напруги E / n стає менш інтенсивним, що пов'язано з двома факторами: якщо збільшення E / n відбувається за рахунок зростання напруженості поля Е при незмінній щільності газу n, то зі зростанням енергії вільних електронів при їх русі, зменшується час взаємодії при їх зіткненнях з молекулами, що призводить до зменшення швидкості росту ймовірності іонізації; якщо зростання E / n пов'язаний зі зменшенням n, то зменшується число молекул, з якими стикається електрон, а, отже, зменшується і кількість зіткнень, що означає зміну # 945 ;.
11) Освіта лавини електронів, поняття самостійного розряду
Відповідь: Якщо напруженість електричного поля досягне значення Е. при якому можлива ударна іонізація, то в міжелектродному просторі виникають лавинні процеси. При цьому відбувається розмноження заряджених частинок - електрів і іонів. Розглянемо протікання цього процесу. Припустимо, що в будь-якій точці поля з напруженістю Е виник вільний електрон, що володіє енергією, достатньою для іонізації молекули газу. Початковий електрон може виникнути в результаті фотоіонізації молекули газу будь-яким зовнішнім іонізатором. Цей електрон іонізує молекулу, що призводить до утворення позитивного іона і двох електронів. Розганяючись в електричному полі, кожен з цих електронів, в свою чергу, іонізує по молекулі, що призводить до лавиноподібного процесу (рис. 8).
Мал. 8. Схема освіти електронів (а) і розподіл в ній заряджених частинок (б)
Позначимо через S відстань, яке може пробігти лавина (відстань між електродами). У рівномірному поле E = const і, отже, постійний і коефіцієнт ударної іонізації a. Число електронів в лавині становитиме тобто число електронів зростає з відстанню S по експоненціальному закону і при тому з тим більшою інтенсивністю, чим більше коефіцієнт ударної іонізації a. Електрони і іони, що утворилися в лавині, переміщаються під дією електричного поля. Рухливість електронів багато більше рухливості іонів, в результаті в голові лавини утворюється надлишок електронів, а в її хвості переважають позитивно заряджені іони, рис. 8 б. Самостійний розряд: Для освіти лавини необхідний один початковий електрон. При безперервному відтворенні початкових електронів лавинний процес не припиняється. Початкові електрони можуть створюватися зовнішніми ионизаторами, в цьому випадку розряд називається несамостійним. Відтворення початкових електронів може відбуватися і за рахунок іонізаційних процесів в самій лавині. В цьому випадку процес носить саморегулюючий характер і розряд називається самостійним. Встановимо умови самостійного розряду в рівномірному поле. Згідно співвідношенню. число іонізації в лавині. Іонізація в лавині супроводжується порушенням частини молекул і випромінюванням фотонів. Випромінювані фотони можуть викликати вторинну іонізацію в газі. Назвемо коефіцієнтом вторинної іонізації g - число вторинних електронів, що створюються фотонами, віднесене до одного акту іонізації в лавині. Якщо в лавині відбувається іонізації, то загальне число вторинних електронів одно. Якщо це число дорівнює 1, це означає, що в результаті свого розвитку лавина відтворює початковий електрон. Отже, за умови. розряд буде підтримуватися, якщо навіть дію зовнішнього іонізатора припиняється. є умова самостійного розряду.