Теория Таунсенда

Теория ударной ионизации

Пробой газов

Существует несколько теорий пробоя газов:

1. теория ударной ионизации или Таунсенда;

2. теория стримерного пробоя.

Теория описывает механизм пробоя газов при малых толщинах и малых давлениях (P£200 мм рт.ст.); эта теория позволяет вычислить плотность тока в момент пробоя.

Обратимся к вольтамперной характеристике:

a - процесс – электрон; b - процесс – ион; g - процесс – катод;

m - процесс – фотоэлемент.

На участке 3 ток вновь начинает расти за счет ударной ионизации обусловленной электрическим полем, т.е. свободный электрон приобретает такую энергию, что сталкиваясь с нейтральными молекулами ионизируют их. Этот процесс - a процесс и характеризуется коэффициентом который равен числу электронов, следовательно положительным ионам образованными движущимися электронами в одном сантиметре, но на этом участке a процесс не играет решающей роли; если убрать источник внешней ионизации то ток вновь резко уменьшится. При дальнейшем увеличении напряженности электрического поля до значений близких к пробивным, т.е. ток еще более возрастает за счет ударной ионизации которая начинает производить ионы, поскольку при этих напряженностях поля они приобретают энергию достаточную для этой цели. Процесс ударной ионизации ионов нейтральных молекул называется b - процессом (коэффициент b). b равно числу пар ионов создаваемых одним ионом на пути в один сантиметр. В дальнейшем положительные ионы бомбардируют катод и освобождают из него электроны. Этот процесс называется g - процессом (коэффициент g). g равна числу электронов выбитых одним ионом из катода. Кроме того на этом участке происходит процесс фотоионизации, который заключается в том, что не каждый электрон сталкиваясь с нейтральной молекулой вызывает ионизацию, он может лишь возбудить молекулу, а молекула в свою очередь испускает фотон, который также достигая катода может выбить из него дополнительные электроны. В результате всех этих процессов наступает пробой, т.е. газ становится проводником.

Допустим имеем газовый промежуток толщиной h.

От поверхности катода в результате ионизации от внешних источников вылетает N₀ свободных электронов. Пусть площадку AB достигает n свободных электронов, тогда:

. (1)

Разделим переменные:

Проинтегрировав получаем:

. (2)

(3)

(4)

(5)

Учтем g - процесс: от внешнего источника и ударной ионизации положительными электронами вылетает n₁ свободных электронов, тогда этих свободных электронов в соответствии с выражением (5): электронов и соответственно такое же количество положительных ионов. Эти положительные ионы выбьют из катода электронов. . Выражаем: .