к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Лавина электронная

Лавина электронная - неуклонно нарастающий процесс размножения электронов в результате ионизации атомов и молекул, как правило, электронным ударом; является главнейшим элементом электрич. пробоя газов. В большинстве случаев Л. э. развивается в электрич. или эл--магн. поле, хотя возможно лавинное размножение электронов чисто тепловой природы, напр. в ударной волне.

2540-97.jpg

Л. э. начинается от небольшого числа первичных (затравочных) электронов, может даже от одного. Электрон разгоняется в пост. поле или приобретает энергию колебаний, если поле осциллирующее. При упругом столкновении с атомом он меняет направление своего движения и приобретённая между двумя последоват. столкновениями энергия переходит в энергию его хаотич. движения. Так, малыми порциями, происходит набор энергии электрона в поле. Когда энергия достигает величины, немного превышающей потенциал ионизации, электрон при столкновении ионизует атом, теряя при этом свою энергию. В результате появляются два медленных электрона, к-рые набирают энергию в поле, и т. д. Развитие Л. э. тормозится за счёт потерь энергии электронами при упругих и неупругих столкновениях (на электронное возбуждение атомов и молекул, возбуждение молекулярных колебаний и вращений) и вследствие потерь самих электронов в результате их диффузионного уход" из области действия поля или прилипания к электроотрицат. молекулам. Рекомбинация ионов и электронов также может ограничить рост Л. э., но не в начале её развития, а лишь когда появится очень много положит. ионов. В редких случаях возможна ионизация в два этапа: электрон только возбуждает атом, а последний ионизуется внеш. оптич. излучением, или происходит ассоциативная ионизация при объединении возбуждённого атома с невозбуждённым в молекулярный ион. Обычно в пост. поле, ВЧ-поле и СВЧ-поле возбуждение атомов ударами электронов только тормозит развитие Л. э., т. к. электрон теряет энергию на возбуждение и вынужден снова её набирать. Исключение составляют нек-рые газовые смеси, в к-рых происходит резонансная передача возбуждения одного типа атома на ионизацию другого (см. Пеннинга эффект ),и световые поля достаточно высокой интенсивности и частоты, в к-рых возбуждённый атом ионизуется в результате многоквантового фотоэффекта (см. Оптические разряды).

Важнейшей характеристикой Л. э., определяющей скорость её нарастания во времени, является частота ионизации vi - число электронов, к-рое в ср. рождает один электрон в 1 с. Если в момент t имеется Ne электронов, то

2540-98.jpg

где W0 - число затравочных электронов в нач. момент t=0. Частота ионизации электронным ударом зависит от энергетич. спектра п(2540-99.jpg) электронов в лавине (т. е. от поля) и определяется ф-лой

2540-100.jpg

где 2540-101.jpg - сечение ионизации электроном энергии е. Когда ср. энергия 2540-102.jpg спектра существенно меньше потенциала ионизации I, приближённо можно принять 2540-103.jpg. В случае максвелловской функции распределения

2540-104.jpg

где Те - электронная темп-pa, Na - плотность атомов; константа С - в табл. 1.

Л. э. развивается более или менее независимо в каждом небольшом элементе пространства только в быстро-осциллирующих полях (СВЧ-поле, оптическом), когда амплитуда колебаний электронов мала. В пост. поле Е Л. э. развивается гл. обр. вдоль направления поля, и в этом случае она характеризуется ионизационным коэффициентом Таунсенда 2540-106.jpg (см-1) - числом электронов, к-рое электрон рождает на 1 см пути вдоль поля: 2540-107.jpg , где 2540-108.jpg - скорость дрейфа электрона в поле. 2540-109.jpg, как и 2540-110.jpg, можно сравнительно легко измерить на опыте, а затем найти2540-111.jpg

Коэф. 2540-112.jpg характеризует закон размножения электронов в лавине, распространяющейся вдоль пола между катодом и анодом:

2540-113.jpg

где N0 - число электронов, вышедших с катода (х=0). В диапазоне сильных полей, пробивающих газовые промежутки между электродами, для 2540-114.jpg существует эмпирич. ф-ла Таунсенда, учитывающая подобия законы по давлению р:

2540-115.jpg

Константы А и В представлены в табл. 1. Величины 2540-116.jpg и 2540-117.jpg чрезвычайно резко уменьшаются при уменьшении поля (рис. 1). Расчётные и эксперим. данные по скоростям ионизации относятся обычно к пост. полю. В случае быстропеременного поля частоты2540-118.jpg частоту ионизации 2540-119.jpg можно оценить по известной частоте ионизации2540-120.jpg в пост. поле, пересчитав по ф-ле

2540-121.jpg

где Е0 - амплитуда осциллирующего поля, 2540-122.jpg=Ьр - частота упругих столкновений электрона с атомами. Ориентировочные значения коэф. пропорциональности Ь для оценок см. в табл. 1.

Табл. 1.

Газ

А,

(СМ*

тор)-1

В,

В/(см*тор)

Область применимости

Е/р, В/(см*тор)

с, 10-17

см2/эВ

Ь, 109 (с*тор) -1

Не

3

34

20-150

0. 13

2,0

Ne

4

100

100-400

0,16

1, 2

Аr

12

180

100-600

2,0

5,3

Кr

17

240

100-1000



Хе

26

350

200-800



Hg

20

370

200-600

7,9


Н2

5

130

150-600

0,59

4,8

N2

12

342

100-600

0,85

4,2

воздух

15

365

100-800


3,9

В электроотрицат. газах скорость размножения в Л. э. существенно зависит от коэф. прилипания а (см-1) - числа актов прилипания электрона на 1 см пути вдоль поля. Коэф. а определяются опытным путём или в результате решения кинетич. ур-ния, подобно2540-123.jpg и2540-124.jpg. При наличии прилипания числа электронов и ионов в лавине растут как

2540-125.jpg

Коэф. а обычно нарастает с Е медленнее, чем2540-126.jpg. Поэтому кривые 2540-127.jpg(Е), а(Е)непременно пересекаются в некрой точке (Е/р)1 (с учётом подобия). При Е/р<(Е/р)1 2540-128.jpg - a<0 и Л. э. существовать не может. В воздухе (E/р)1=31 В/(см*тор)=0,23 В/(см*Па), в т.н. элегазе SF6, к-рый применяется в качестве газового изолятора, (E/pl) = 117,5 В/(см*тор)=0,88 В/(см*Па). Эти цифры ставят нижний предел для порога пробоя газа в идеально однородном поле. В табл. 2 приведены цифры, характеризующие Л. э. в воздухе атм. давления в плоском промежутке длиной d в присутствии однородного поля Et, пробивающего такой промежуток.

Табл. 2.

d, см

Et, кВ/см

2540-129.jpg - а, см-1

(2540-130.jpg-a)d

Ne/N0

0, 1

45,4

81

8,1

3,3*103

0,3

36,7

31

9,3

1, 1*104

0,5

34

20,5

10,2

2, 8*104

1

31,4

12,4

12,4

2,4*105

2

29,3

8,0

16

8,9*104

3

28,6

6,5

19,5

2,9*108


Эксперименты но изучению Л. э. проводятся гл. обр. в камере Вильсона; наблюдаются и одиночные Л. э., порождённые одним электроном, вышедшим с катода. Синхронизованно с подачей напряжения на электроды и облучением катода УФ-излучением (для вырывания затравочного электрона) производится адиабатич. расширение исследуемого газа, куда добавляют немного паров воды, спирта и т. п. Образовавшиеся ионы, к-рые в отличие от быстро движущихся в поле электронов практически остаются на месте, служат центрами конденсации возникшего пересыщенного пара. Туман фотографируют и получают изображение лавины (рис. 2). Лавина расширяется в поперечном направлении вследствие небольшого диффузионного расплывания электронного облака, центр к-рого движется от катода к аноду со скоростью дрейфа vд; при большом числе народившихся электронов (Nе2540-131.jpg106) диффузионное расплывание сменяется более быстрым эл--статич. расталкиванием. Одновременно осциллографируют электронный ток в цепи 2540-132.jpg , где Ne даётся ф-лой (7). Обработка результатов позволяет найти из опыта 2540-133.jpg, 2540-136.jpg -а, ср. энергию электронов 2540-137.jpg, от к-рой зависит скорость диффузии.


2540-134.jpg

Рис. 1. Коэффициенты ионизации для инертных газов.

2540-135.jpg

Рис. 2. Фотография электронной лавины, полученная в камере Вильсона.

Когда электрич. поле нарастающего пространственного заряда электронов и ионов в Л. э. достигает величины внешнего [при Ne2540-138.jpg108-109, (2540-139.jpg- a)d2540-140.jpg20], лавина может перейти в стример. Так начинается стримерный пробой. Альтернативой ему служит пробой механизмом размножения лавин, к-рый характеризуется появлением от одной прошедшей лавины более чем одной новой за счёт вырывания затравочных электронов из катода или газа фотонами, рождёнными в лавине (см. также Импульсный разряд).

Литература по электронным лавинам

  1. Ретер Г., Электронные лавины и пробой в газах, пер. с англ., М., 1968;
  2. Лозанский Э. Д., Фирсов О. Б., Теория искры, М., 1975;
  3. Райзер Ю. П., Физика газового разряда, М., 1987.

Ю. П. Райзер

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution