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  

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

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