Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Кроме того, чтобы фотоионизация газа могла действовать как вторичный механизм, вторичный электрон должен быть создан в месте, где был начальный электрон, т. е. длина пробега ионизирующего фотона при пробое сантиметрового промежутка должна быть ~1 CAit или коэффициент поглощения х~1 саг1, что и наблюдалось в опытах Ретера:
Для однородных газов процессами, ведущими к образованию фотонов с энергией, превышающей энергию ионизации, могут быть возбуждение ионов и рекомбинация. Однако эти процессы квадратичны по концентрации электронов, и, так как концентрация электронов мала, ими можно пренебречь. Оценено, что интенсивность этих процессов на много порядков меньше требуемой для развития самостоятельного разряда. Возможен еще процесс, линейный по плотности электронов, — столкновение электронов с нейтральными молекулами с одновременной ионизацией и возбуждением остатка. Ho этот процесс требует настолько больших энергий электронов, что совершенно невероятен. Оценки показывают, что его вероятность на 3—4 порядка меньше вероятности возбуждения иона вследствие быстрого убывания функции распределения на ««хвосте».
137
Ионизация фотонами с энергией, меньшей энергии ионизации возбужденных молекул, также является эффектом квадратичным по плотности электронов. Все это побудило многих исследователей считать, что в однородных газах фотоионизация не играет никакой роли во вторичных процессах ионизации при установлении самостоятельного разряда [9,12].
В работе [18] все же был найден механизм фотоионизации газа, способный играть роль вторичного механизма в разряде. С помощью этого механизма удалось также устранить возникшее противоречие, связанное с аномально малым значением коэффициента поглощения фотонов в опытах Ретера и др. [14, 15]. Этот механизм рассмотрен в разд. 4.7, а пока обсудим, какие механизмы фотоионизации могут быть вторичными механизмами в смесях газов.
По мнению Лёба [7] и других авторов, в воздухе, например, благодаря различию потенциалов ионизации азота и кислорода появляется возможность ионизации молекулы кислорода фотоном, испущенным молекулой азота, возбужденной на уровень с энергией больше энергии ионизации кислорода. Длительное время за неимением другого объяснения этот механизм принимался большинством исследователей, однако совершенно ясно, что он не может играть роль вторичных процессов в разряде, и тем более не эти фотоны наблюдались в опытах Ретера.
Фотоны с энергией больше 12,2 эв, образующиеся при излучении азота и способные ионизовать кислород, являются резонансными по отношению к азоту. Их коэффициент поглощения при атмосферном давлении для средней части спектральной линии будет порядка ~106 см'1. Кроме того, поскольку эти фотоны образуются при излучении верхних возбужденных уровней азота, их время существования будет невелико (~ 10~7 сек) в связи с переходом молекулы в более низкое энергетическое состояние с энергией меньше 12,2 эв. За это время фотоны, перемещающиеся по газу со скоростью диффузии резонансного излучения, практически не выйдут из объема лавины.
Остается небольшая часть таких фотонов, которые благодаря конечной ширине спектральной линии сильно отклонились от основной частоты — «вышли из резонанса», и поэтому имеют малый коэффицйент поглощения этой же линией. Однако энергия этих фотонов будет не намного превосходить энергию ионизации кислорода
и, как уже говорилось, будет сильно поглощаться кислородом с коэффициентом поглощения ~500 см"1. Разумеется, это .значение нужно уменьшить примерно в 5 раз, чтобы привести к парциальному давлению кислорода, но все равно коэффициент поглощения остается на два порядка больше требуемого и наблюдаемого в опытах Ретера. Таким образом, приходим к выводу, что среди процессов, происходящих при разряде в однородных газах, а также в смесях газов нет таких, которые могли бы привести к образованию фотонов с энергией, превышающей энергию ионизации газа и в то же время способных за короткие времена развития разряда распространяться на большие расстояния.
138
Поэтому остается предположить, что вторичные электроны в разряде без участия катода возникают под действием фотонов с энергией, меньшей энергии ионизации, посредством каких-либо химических реакций, что было предложено в работе [18], результаты которой рассмотрены в следующем разделе.
4.6. Природа фотоионизирующего излучения и механизмы вторичных процессов в разряде без участия катодных процессов
При развитии электронной лавины образуется также лавина возбужденных атомоб или молекул, причем часть из них возбуждается на такой уровень, что при столкновении возбужденной моле-кулы с нейтральной может произойти ионно-молекулярная химическая реакция
А* + В = (AB)+ + er. (4.37)
Эта реакция уже рассматривалась в разд. 2.4, где.было показано, что при атмосферном давлении большая часть таких молекул, не успев излучить фотон, вступает в реакцию (4.17).
Однако некоторая часть возбужденных молекул все же успевает излучить фотон. Поскольку эти фотоны являются резонансными, коэффициент поглощения их очень велик ~106 смг1. Небольшая часть испущенных фотонов благодаря конечной ширине спектральной линии отклонится от основной частоты и сумеет пролететь до первого поглощения большое расстояние. Если это расстояние окажется примерно равным расстоянию, которое успела пройти лавина, то образовавшийся в результате реакции (4.37) электрон даст начало новой лавине, которая, в свою очередь, будет испускать такие фотоны, и т. д. Разряд становится самостоятельным, так как будет выполнено условие самостоятельности.
