Ионизация при соударениях положительных ионов с частицами газа

Теория электронных лавин. Первой количественной теорией газового разряда была теория электронных лавин, предложенная Таунсендом в самом начале текущего столетия. Эта теория приложима к тем типам электрических разрядов в газах или к тем областям газоразрядного промежутка, в которых направленное движение электронов под действием электрического поля преобладает над их беспорядочным тепловым движением. Таунсенд ввёл три коэффициента, характеризующих процессы ионизации газа. Первый коэффициент—коэффициент объёмной ионизации газа электронами а—обозначает число свободных электронов н равное ему число положительных ионов, образуемых одним электроном путём соударений с частицами газа при продвижении этого электрона на 1 см в нанравлении от катода к аноду. [c.230]

Таким образом, механизм дуги можно представить себе следующим. Из катода в результате высокой степени его разогрева (термоэлектронная эмиссия) или наличия около его поверхности больших напряженностей электрического поля (10 —10 в см — автоэлектронная эмиссия) вырывается поток электронов. Первый случай имеет место для материалов катода с высокой температурой плавления и испарения металла (уголь, графит, вольфрам, молибден), благодаря чему температура на их поверхности может достигать в катодных пятнах значений 2 500—3 000° С и выше, когда начинается заметная термоэлектронная эмиссия. Второй случай соответствует материалам с низкой температурой кипения и испарения (ртуть, титан, медь). В области катодного падения поток электронов разгоняется настолько, что за ее пределами происходит интенсивная ионизация частиц газа в дуговом промежутке, причем здесь, по-видимому, весьма существенна роль ступенчатой ионизации. Образовавшиеся положительные ионы под действием поля направляются к катоду и разогревают его вторичные и первичные электроны направляются через столб дуги в направлении анода. На их пути происходят новые соударения (главным образом термическая ионизация) и образование новых заряженных частиц, что компенсирует их исчезновение в более холодных частях столба путем рекомбинации и диффузии. При попадании на анод отрицательные частицы нейтрализуются, выбивая из него некоторое количество положительных ионов, устремляющихся через столб дуги к катоду. Плазма столба в целом нейтральна, т. е. концентрация положительных и отрицательных частиц одинакова, но из-за того, что подвижность электронов по [c.29]

Долгое время не удавалось установить для положительных ионов чего-либо соответствующего ионизационным потенциалам при соударениях электронов. Затем были найдены некоторые данные, однако последующие измерения, проведённые с более чувствительной аппаратурой, дают для начала ионизации соударениями положительных ионов всё более и более низкие значения кинетической энергии положительных ионов, способных ионизовать частицы газа. [c.110]

Ионизацию соударениями положительных ионов рационально учитывать только в случае очень сильных полей. Что касается отрицательных ионов, то в сильных полях при их соударениях с нейтральными частицами газа взаимодействие с последними приводит к распадению отрицательного иона на нейтральную частицу и электрон, а не к ионизации нейтральной частицы, так как работа отрыва электрона от отрицательного иона много меньше, чем работа ионизации нейтральной частицы. Вместе с тем, свободный электрон, оторванный от отрицательного иона, может совершить акт ионизации прежде, чем он успеет вновь примкнут , к нейтральной частице газа. В случае электроотрицательных газон и сильных полей закон нарастания лавины (60,2) учитывает это явление и коэффициент а имеет в этом случае обобщённое зна- [c.232]

Ионизация при соударениях положительных ионов с частицами газа. Теория газового разряда учитывает возможность ионизации атомов газа при столкновении их с ионами. Установлено, что при тех небольших скоростях, которыми в большинстве случаев обладают положительные ионы в газовых разрядах, ионизующая их способность по отношению к молекулам того же газа, которому принадлежат ионы, очень мала. С другой стороны, очень быстро движущиеся а-частицы производят сильную ионизацию того газа, через который они проходят. [c.217]

Беспорядочное тепловое движение заряженных частиц в газе. Диффузия. Как и всякие другие микрочастицы, электроны и ионы являются носителями тепловой энергии и постоянно находятся в беспорядочном тепловом движении. При отсутствии поля это движение такое же, как и обычное тепловое движение частиц ни одно направление движения не имеет преимущества перед другим различные скорости распределены между отдельными частицами по законам случайных явлений скорость каждой частицы меняется по величине и направлению после каждого её столкновения (взаимодействия) с другой частицей. В первом приближении мы имеем право не учитывать более детально таких редких явлений среди общего числа соударений, как ионизация толчком, образование отрицательных ионов, рекомбинация положительных ионов и электронов и другие неупругие соударения. Мы вправе рассматривать ионизованный газ с молекулярно-кинетической точки зрения как смесь нейтрального газа и отдельных газов, составленных совокупностью электронов, положительных ионов, отрицательных ионов, возбуждённых частиц. Каждому из этих газов мы вправе приписывать своё парциальное давление и говорить о его концентрации. [c.259]

V. Хаотическое тепловое движение электронов и ионов преобладает над их направленным движением. Ионизация происходит за счёт соударений наиболее быстрых электронов с частицами газа. Концентрации носителей положительных и отрицательных зарядов равны между собой. Средняя энергия электронов много выше средней энергии нейтральных частиц газа. Убыль энергии электронов плазмы вследствие упругих и неупругих столкновений с частицами газа восполняется за счёт ускорения движения электронов продольным полем разряда за время от одного соударения до другого [c.400]

Неонределённость ионизационного потенциала и малая эффективность ионизации и возбуждения при соударении положительных ионов с нейтральными частицами газа находят объяснение в нескольких обстоятельствах. [c.110]

В том случае, когда нельзя пренебречь ионизацией частиц газа соударениями положительных ионов, решение задачи, учиты-нающее как коэффициент у, так и коэффициент р, приводит вместо (60,18) к выражению [c.235]

Если в катоде имеется узкое отверстие, то положительные ионы, двигающиеся в тёмном катодном пространстве, в случае сравнительно низкого давления газа в разрядной трубке проходят через это отверстие и образуют в закатодном пространстве пучок каналовых лучей. На пути такого пучка газ светится. Как показывают опыты отклонения каналовых лучей в электрическом и магнитном поле, в составе каналовых лучей имеются как положительные, так и отрицательные ионы, а также нейтральные частицы газа, не претерпевающие отклонения. Наличие нейтральных частиц может быть объяснено процессами перезарядки. Образование отрицательных ионов показывает, что в каналовых лучах происходят акты ионизации нейтральных частиц газа положительными ионами, приводящие к появлению медленных свободных электронов, необходимых для образования отрицательных ионов. Ионизацию и возбуждение нейтральных частиц, происходящие в каналовых лучах, можно приписать неуиругим соударениям положительных ионов, так как, как правило, каналовые лучи наблюдают- [c.268]

При соударении электрона с частицей газа множитель т Кгпх -)- Шг) очень близок к единице кинетическая энергия электрона может почти целиком перейти при неупругом столкновении первого рода в потенциальную энергию возбуждения или ионизации. При столкновении положительного иона какого-либо газа с нейтральной частицей того же газа 7П1 очень близко к / 2, [c.219]

Гасящие примеси захватывают фотоны на близком расстоянии от нити, так что они не попадают на катод. Ионизация примеси фотонами происходит вблизи нити, поэтому разряд начинает распространяться вдоль нити. Заканчивается эта стадия разряда точно так же, как и в несамогасящемся счетчнже, образованием положительного пространственного заряда вблизи нити. Пространственный заряд приводит к затуханию электрон-но-фотонных лавин. В отличие от несамогасящегося счетчика, здесь до катода доходят не ионы основного газа (например аргона), а ионы гасящей добавки, в частности ионы спирта. По пути к катоду ионы аргона в результате большого числа соударений передают свой заряд молекулам спирта, поскольку потенциал ионизации последних ниже, чем потенциал ионизации аргона. Ионы молекул спирта нейтрализуются на катоде, не вызывая эмиссии электронов в объем счетчика. Поэтому независимо от величины поля вблизи нити разряд в счетчике продолжаться не может. Полная длительность процессов в счетчике определяется временем дрейфа положительных ионов, которое по порядку величины примерно равно 10 с. Однако начальные стадии разряда (электронно-фотонные лавины) протекают достаточно быстро (10 -10 с), поэтому с помощью счетчиков Гейгера — Мюллера можно регистрировать момент прохождения через него частицы с точностью до 10 с. [c.84]

Слабоионизованный постоянный высокочастотный разряд. В качестве среды для непрерывно действующих газовых лазеров на нейтральных атомах чаще всего используется положительный столб тлеющего разряда. Плотность тока в таком разряде обычно порядка 100—200 жа/сл1 . Свойства плазмы положительного столба определяются напряженностью электрического поля вдоль разряда. В установившемся, неслоистом, однородном положительном столбе продольное электрическое поле таково, что число возникающих электронов и ионов равно диффузионным потерям заряженных частиц на стенках разрядной трубки. Электронная температура в плазме разряда автоматически устанавливается такой, которая необходима для поддержания потока положительных ионов и потерь электронов на стенках. В большинстве случаев, когда можно пренебречь объемной ионизацией и соударениями между электронами и атомами в метастабиль-ном состоянии, средняя электронная теглпература определяется главным образом произве,цением давления газа в трубке Р и диаметром трубки В. Чтобы воспроизвести заданные условия разряда в каком-либо чистом газе, необходимо только обеспечить постоянство про- [c.672]

Особый случай фокусировки электронов представляет собой так называемый газосфокусированный, электронный луч , возникающий при прохождении пучка электронов через газ. В этом случае стягивание пучка электронов происходит под действием радиального поля, возникающего вследствие скопления по оси пучка положительных ионов, образуемых ионизацией частиц газа соударениями электронов, а также вследствие электродинамических сил, действующих между электронами, быстро движущимися параллельно друг другу. [c.199]

Ионизация газа в положительном столбе происходит равномерно по всему его объёму. Поэтому ч 1СЛ0 заряженных частиц, вновь образуемых соударениями быстрых электронов, пропорционально объёму положительного столба, т. е. пропорционально квадрату радиуса цилиндрической трубки. Таким образом, при яереходе от широкой цилиндрической трубки к узкой при прочих равных условиях на каждом продольном сантиметре трубки чис.ло исчезающих на стенке заряженных частиц уменьшается яропорционально радиусу трубки, а число вновь образуемых ионизацией электронов и положительных ионов убывает пропорционально квадрату этого радиуса, т. е. много быстрее. Поэтому для поддержания стационарного режима положительного столба а узкой трубке требуется более интенсивная ионизация, чем а случае широкой трубки. Но число ионизаций, производимых электронами, зависит от скорости их беснорядочного движения. Те скорости беспорядочного движения, которыми обладает большинство электронов в положительном столбе, лежат в таком интервале, в котором вероятность ионизации ещё возрастает с увеличением энергии электронов. Следовательно, для стационарного режима в узкой трубке требуется большая средняя скорость электроиов в плазме, чем в случае широкой трубки. Средняя скорость беспорядочного движения электронов согласно сказанному, яа стр. 160 гл. VI тем больше, чем больше напряжённость поля. [c.276]

Неопределённость ионизационного потенциала и мзчлая эффективность ионизации при столкновении положительных ионов с нейтральными частицами газа находят объяснение в следующих обстоятельствах. Движение двух сталкивающихся в газе частиц от момента времени непосредственно перед началом их взаимодействия и до окончания последнего можно рассматривать как движение изолированной системы. Движение этой системы складывается из движения её центра тяжести и нз движения каждой из частиц относительно последнего. Со Гласно законам механики движение центра тяжести остаётся неизменным. Возбуждение или ионизация одной из частиц при их столкновении представляет собой переход кинетической энергии в потенциальную внутри системы и не может соверщаться за счёт энергии движения центра тяжести. Допустим для простоты расчёта, что первая из частиц с массой ту движется до соударения со скоростью У , вторая с массой т-г — неподвижна в той системе координат, к которой мы отио сим движение каждой частицы и движение их центра тяжести. Удар будем считать центральным. Начало координат поместим в центре неподвижной частицы. Р-асстояние между центрами частиц до нх соударения 15 любо11 момент времени будем обозначать через расстояние центра тяжести системы от начала координат — от центра второй частицы— через Л. Тогда, как известно, будем иметь [c.218]

В безэлектродном кольцевом разряде, так же как и в разряде с внешнпмн электродами, ионизация происходит лишь за счёт соударений электронов или метастабильных атомов с частицами газа. Поддержание разряда обходится без участия положительных ионов и процессов поверхностной ионизации вследствие того, что движение электронов совершается как в том, так и в другом направлении и, кроме того, в случае кольцевого разряда пути всех электронов, вместе взятых, замыкаются по окружности, [c.649]