Электронные лавины. Газовый разряд.

Ионизация атомов и молекул и рекомбинация ионов.

Газы в обычных условиях не содержат свободных зарядов и являются изоляторами. В результате внешних воздействий, например сильного нагрева, светового и рентгеновского излучения, в электрическом поле нейтральные молекулы и атомы могут ионизоваться – расщепляться на электроны и атомные остатки – ионы. Один из основных процессов при этом – ионизация посредством соударения атома с быстрым электроном (ударная ионизация).

Электронные лавины. Газовый разряд.

Вследствие процесса ударной ионизации в газе образуются электронные лавины. В электрическом поле образовавшиеся в процессе ударной ионизации электроны сталкиваются с другими атомами, снова образуются электроны и т.д. (рис. 21.1)

Оценим число электронов в лавине. Введем коэффициент - число ионизаций на единицу длины (коэффициент Таунсенда). 1 электрон создает на пути электронов, электронов создадут на пути электронов. Преобразуем это равенство и проинтегрируем: , получим

, обозначим , тогда:

Рис. 21.1

Воспользуемся граничными условиями. При , (концентрация электронов на электроде - катоде). При , (концентрация на аноде). Тогда:

Проведем оценки. Пусть (м^-1), т.е. 300 ионизаций на 1 м длины (достаточно типичное значение ). При , электронов, то есть один электрон создает 10 тыс. электронов, т.е. произойдет образование лавины электронов.

Если газ, содержащий свободные носители заряда, поместить во внешнее электрическое поле, то в газе с беспорядочным тепловым движением ионов и электронов возникает упорядоченное движение заряженных частиц – электрический ток. Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.