Коэффициент ударной ионизации

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 — Wи, 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(αd), (1.7)

где d — длина промежутка (в сантиметрах), а i0 — начальное значение тока.

Так как ионизация происходит при энергии электрона W ≥ Wи, 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.


Оставить комментарий





Статистика

Рейтинг@Mail.ru