Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
о о
Член с (Е — E0) при интегрировании по dz обращается в нуль, так как добавочное поле в первом приближении имеет сферическую симметрию.
В области пробивных напряжений a" (E0) > 0, и поэтому d
§ adz > a (E0) d.
о
Вследствие искажения поля пространственными зарядами уже при небольшой плотности тока ~10'8 а/см2 наступает заметное увеличение ионизации, и условие самостоятельности разряда выполняется при меньших напряжениях на разрядном промежутке.
Это обстоятельство было использовано некоторыми авторами [1—5], чтобы объяснить короткие времена формирования разряда без вторичных механизмов, а лишь используя увеличение а под действием пространственного заряда. Отметим, что хотя предложенные в этих работах методы учета влияния поля пространственного заряда оказали влияние на развитие теории разряда, тем не менее любая теория, не учитывающая вторичные процессы,, принципиально не приводит к самостоятельному разряду и во всех случаях дает зависимость пробивного напряжения от начального тока, что находится в явном противоречии с экспериментом. Правильная теория должна учитывать совместное влияние вторичных механизмов и поля пространственного заряда. Впервые это четко сформулировали Лёб и Мик [6].
Проанализировав большое количество экспериментальных данных, а также затруднения теории Таунсенда при pd ^ 200 мм рт. ст.-см, Лёб и Мик предъявили к новой теории следующие требования:
а) механизм пробоя должен существенно зависеть от движения электронов, ионы можно считать неподвижными в течение короткого времени пробоя;
б) разряд должен начинаться одним электроном и распространяться вдоль узкого канала;
153
в) разряд должен зависеть от вторичных процессов в объеме газа и не может быть связан с процессами на катоде;
г) правильно выбранный механизм развития разряда должен предпочитаться при больших давлениях и может включать процессы, связанные с пространственным зарядом.
Далее Лёб и Мик на основании изложенных требований развили теорию развития разряда, получившую в литературе название стри-мерной, которая, по мнению Лёба и Мика, заменяет теорию Таунсенда при pd ^ 200 мм рт. ст. • см. Несмотря на то что теорию Лёба и Мика нельзя признать удовлетворительной в количественном отношении, а таЮке и в некоторых качественных положениях, общие ее представления о стримерной фазе развития разряда верны и, можно считать, доказаны экспериментально. Поэтому ниже изложены основные положения этой теории без критических замечаний, после чего будет дан ее критический разбор.
5.2. Стримерная теория Лёба и Мика
Рассматривается искровой промежуток длиной 1 см при атмосферном давлении. Согласно представлениям Лёба и Мика, разряд начинается одним электроном, который, двигаясь в электрическом поле," ионизует газ, образуя лавину электронов. Скорость лавины, исходя из подвижности электронов в однородном поле напряженностью E = 31,6 • IO3в/см, равна 2-IO7 см/сек. Средняя энергия электронов
3,6 эв. Число электронов в лавине растет экспоненциально, т. е. равно exp (az), где z — путь, пройденный начальным электроном в направлении поля. Распределение электронов в пространстве симметрично относительно центра лавины и определяется диффузионным радиусом* го = VrZDt.
Позади себя лавина электронов оставляет ехр (аг) положительных ионов, число которых на единицу пути равно aexp(az), а эффективный радиус сечения цилиндра, в котором они находятся, также равен г= j/2Dt. Время движения лавины t = z/v. За время пробоя для сантиметрового промежутка ~10“7 сек положительные ионы можно считать неподвижными. Это образование будет называться в дальнейшем остовом в отличие от головки лавины, где сосредоточены в основном электроны.
Большая часть электронов будет втянута в анод, за исключением некоторого их числа, связанного с положительным зарядом остова. Как установлено многими исследователями, пробой такого промежутка осуществляется при а ж 17 см~х и при плотности начального тока с катода не более IO-12 а/см2. За время ~ 10“5 сек положительные ионы, несколько рассеясь под действием собственного пространст-
*Позже Лёб исправил эту формулу на г = Y^Dtf хотя следовало бы писать r~ I 6 Dt. Впрочем, для оценочных расчетов это не играет большой роли.
154
венного заряда, пересекли бы разрядный промежуток и могли бы привестй к таунсендовскому пробою с вторичным механизмом на катоде, однако много раньше происходит пробой другим механизмом.
Одновременно с положительными ионами электроны производят в несколько раз большее число возбужденных атомов и молекул. Часть из них возбуждается до энергии, превосходящей энергию ионизации некоторых имеющихся в газе атомов или молекул, что имеет место при возбуждении электронов на внутренних оболочках атома или молекулы; посредством ионизации и одновременного возбуждения созданного иона; в смеси газов, подобной воздуху, путем возбуждения молекул с более высокой энергией ионизации, например N2. Эти возбужденные атомы или молекулы дают коротковолновое излучение за Л 0~8сек, способное ионизировать газ и ссэздать вторичные электроны. Количественно интенсивность фотоионизации не оценивается, а лишь говорится, что такие фотоны наблюдались экспериментально [7]. Позднее Хопвуд [8] отметил, что фотоионизи-рующёе излучение может возникать и в результате рекомбинации в лавине, однако количественных оценок Хопвуд также не приводит.
