ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теории газового разряда из "Электрические явления в газах и вакууме" КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ И ОТДЕЛЬНЫХ ОБЛАСТЕЙ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА ПО ИМЕЮЩИМ В НИХ МЕСТО ЭЛЕМЕНТАРНЫМ ПРОЦЕССАМ. ОБЗОР ТЕОРИЙ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА. [c.391] Первой по времени количественной теорией газового разряда явилась теория электронных лавин Таунсенда. Эта теория приложима к несамостоятельному разряду и лищь подводит нас к явлению перехода разряда из несамостоятельного в самостоятельный. [c.391] Другим дополнением теории Таунсенда явился учёт при подсчёте объёмной ионизации не только неупругих соударений первого рода, но и неупругих соударений второго рода. Этот учёт не изменяет вида уравнений теории, а придаёт лишь несколько 1шое значение коэффициенту объёмной ионизации ас. Наконец, последнее по времени дополнение теории Таунсенда-Роговского заключается в иной расшифровке коэффициента поверхностной ионизации Г- Оказалось, что выход электронов из катода совершается не только под действием ударов положительных ионов, ио и вследствие ряда других причин. [c.392] Теория Таунсенда-Роговского приложима к несамостоятельному таунсендоБСкому разряду, к катодным частям тлеющего разряда н к коронирующему слою коронного разряда. Характерная черта этих типов и областей разряда заключается в том, что в электронных лавинах направленное движение электронов преобладает над их беспорядочным тепловым движением. [c.392] Явления, имеющие место в тех частях разрядного промежутка, где не могут иметь места нарастание п распространение электронных лавин, так как там напряжённость электрического поля недостаточно велика, были расшифрованы теорией газоразрядной плазмы, созданной Ленгмюром и его школой, начиная с 1924 года. Плазма представляет собой сильно ионизованный газ, и её можно рассматривать как смесь нейтрального газа, газа, состоящего из положительных ионов, и электронного газа. Часть молекул или атомов нейтрального газа находится в возбуждённом состоянии. В некоторых случаях часть отрицательно заряженных частиц в плазме составляют отрицательные ионы. Концентрация полож1ггельных ионов равна или почти равна концентрации электронов (или концентрации электронов и отрицательных ионов, вместе взятых). То беспорядочное (хаотическое) движение, которое присуще электронам и ионам в плазме наравне с нейтральными молекулами — тепловое движение, — преобладает над направленным движением электронов и ионов в электрическом поле разряда. Средняя энергия хаотического движения электронов много выше средней энергии теплового движения молекул газа. Это обстоятельство характеризуют выражением температура электронов много выше температуры нейтрального газа. [c.392] Температура электронного газа в плазме зависит от плотности газа (определяющей среднюю величину свободного пробега), от напряжённости электрического поля и от ряда других величин. При малых давлениях газа (порядка малых долей миллиметра ртутного столба) температура электронного газа достигает нескольких десятков тысяч градусов, в то время как температура нейтрального газа больше комнатной всего лишь на сравнительно небольшую величину. [c.393] Ионизация газа в плазме и наличие в ней возбуждённых атомов или молекул поддерживается за счёт неупругих столкнове- тий наиболее быстрых из хаотически движущихся электронов плазмы. Убыль электронов и ионов происходит путём диффузии тех и других к стенкам трубки и рекомбинации их на поверхности стенки. Незначительная доля образуемых в разряде положительных ионов уходит на катод. Вследствие прохождения через газ разрядного тока в плазму постоянно поступает некоторое количество электронов из катодных частей разряда. На анод их уходит такое же количество плюс число электронов, равное числу положительных ионов, уходящих на катод. Плазма однородна. Примером плазмы может служить положительный столб тлеющего разряда, заполняющий всю длину трубки. [c.393] Другую часть теории Ленгмюра составляет учение о слоях пространственных зарядов, образующихся в пограничных областях плазмы в местах соприкосновения её с электродами, зондами или стенками трубки. Эта часть теории позволяет охватить явления на катоде в тех случаях, когда там не образуется таунсендовских лавин (дуговой разряд, разряд с искусственно подогреваемым катодом). [c.393] Теория плазмы Ленгмюра приложима к положительному столбу тлеющего и дугового разряда при не слишком больших плотностях газа, к высокочастотным разрядам в разрежённых газах и к дуговому разряду с искусственным подогревом катода. В этом последнем случае прн малых давлениях плазма заполняет собой всю разрядную трубку, за исключением тонких слоёв у поверхности катода и у поверхности анода. [c.393] Исходные положения теории Таунсенда-Роговского и теории Ленгмюра имеют много общего. [c.393] Основные явления газового разряда, не укладывающиеся в рамр и теорий Таунсенда-Роговского и Ленгмюра, во-первых, шнуровой разряд — форма разряда, имеющая место при больших довлениях газа и больших силах тока, и, во-вторых, всё разнообразие форм искрового разряда до наиболее грандиозной из них — молнии — включительно. Прежде всего эти виды разряда ни в коей мере не обладают той однородностью, о которой только что была речь. [c.394] Но плазма в лампах сверхвысокого давления обладает свойством, которое позволяет построить новую теорию этого типа разряда. Мы имеем в этом случае изотермическую плазму, т. е. плазму, в которой температура электронного газа, температура ионного газа и температура нейтрального газа равны или почти равны между собой. Следовательно, мы имеем перед собой случай термодинамического равновесия и можем пользоваться для построения теории наблюдаемого явления законами термодинамики и выводами из них. [c.395] В 1940 году была сделана удачная попытка дать объясне1ше явлениям, имеющим место на катоде дугового разряда, исходя из положений теории изотермической плазмы [1209]. [c.396] В период 1938—1940 годов получила оформление ещё одна теория газового разряда, а именно — теория стримеров, выдвинутая школой американского физика Лёба и позволившая объяснить ряд явлений в искровом и коронном разрядах. [c.396] Искровой разряд возникает при большой разнице потенциалов между электродами как прерывистая и своеобразная форма разряда, сменяющая слабые токи несамостоятельного разряда. При не слишком больших расстояниях между электродами и не слишком больших давлениях газа напряжение зажигания искрового разряда (искровой потенциал) Уз может быть правильно рассчитано по теории Тауисеггда. Поэтому к искровому разряду подходили с точки зрения теории Таунсенда-Роговского и принимали развитие канала искры за развитие электронных лавин. Роговский предпринял дополнение теории Таунсенда с учётом пространственных зарядов для того, чтобы устранить противоречие между установленным им экспериментально чрезвычайно коротким временем формирования искрового разряда ( ЫО се/с при расстоянии между электродами в 1 сж и нормальном атмосферном давлении) и временем в 10 —10 сек, необходимым по теории Таунсенда для развития разряда. [c.396] Весьма быстрое развитие искрового пробоя не является единственной трудностью на пути объяснения процессов искрового разряда на основе теории электронных лавин. Искровой разряд обладает рядом типических особенностей, не укладывающихся в эту теорию. Так, канал искры, т. е. тот путь, по которому происходит прохождение тока через газ, представляет ярко светящзгюся тонкую разветвлённую полоску зигзагообразной формы. Общее направление канала и направление отдельных его отрезков не совпадают с направлением силовых лнний электрического поля между электродами. Между тем лавины электронов при атмосферном давлении должны распространяться по силовым линиям поля. Отдельные искровые каналы далеко не всегда пронизывают весь искровой промежуток целиком, а нередко обрываются где-JПIбo внутри этого промежутка. Такие отдельные незаконченные каналы образуются как около анода, так и около катода. [c.396] Количественное оформление теории стримеров дали в 1939 и и 1940 годах Мик и Лёб. Существенной чертой теории стримеров является отказ от более или менее равномерного поля теории Таунсенда-Роговского с продольной составляющей, одинаковой для различных точек одного и того же поперечного сечения разрядной трубки. Теория стримеров учитывает искажение поля зарядами, сосредоточенными в головке каждой отдельной лавины и каждого стримера. [c.397] Согласно теории стримеров, необходимым условием искрового пробоя является прорастание положительного стримера через весь искровой промежуток от анода вплоть до катода или же встреча в какой-либо промежуточной точке положительного и отрицательного стримера. После этого через искровой канал про-хекают очень сильные токи, приводящие к очень высокой температуре газа в канале и таким образом к термическому возбуждению и термической ионизации. [c.397] Такова в общих чертах картина искрового разряда. Согласно теории стримеров, по мере увеличения длины искры эта картина усложняется. [c.397] Вернуться к основной статье