Междуэлектродном пространстве

Так как решающее влияние на ход процессов в междуэлектродном промежутке ионного прибора оказывают род газа и его плотность (учитываемая по давлению), то до перехода к анализу электрических явлений в приборах рассмотрим предварительно те закономерности, которые определяют газовую среду в приборах.

Развитие и установление несамостоятельного разряда рассмотрим применительно к прибору с плоскими электродами ( 1-20, а), к которому подводится постепенно повышающееся напряжение. Прибор выбран с таким расстоянием между катодом и анодом d, которое значительно меньше линейных размеров электродов. Этим обеспечивается сравнительно равномерное распределение поля в междуэлектродном промежутке.

Начало развития несамостоятельного разряда и его установление обеспечивает внешний ионизатор, либо вызывающий поверхностную эмиссию электронов из катода (источник, излучающий энергию в разных частях спектра), либо ионизирующий атомы газа в междуэлектродном промежутке (радиоактивные, рентгеновские и космические излучения).

Участок аб с очень малым подъемом относится ко второму этапу несамостоятельного разряда и соответствует режиму насыщения. Здесь почти все заряды, возникающие на катоде либо в междуэлектродном промежутке, достигают электродов.

Абсолютное значение тока насыщения /0 зависит от количества электронов, эмиттируемых катодом (интенсивность фотоэлектронной либо термоэлектронной эмиссии), или же от числа возникающих в междуэлектродном промежутке актов ионизации.

Пока в приборе горит темный разряд, для которого характерны ничтожно малые токи (от 10"9 до 10~7А), объемные заряды, возникающие в междуэлектродном промежутке при прохождении электронной и ионной составляющих тока, настолько малы, что они почти не нарушают однородность поля, созданного в промежутке внешним напряжением Ua. Потенциал по оси разряда изменяется в этом случае равномерно на всем протяжении от катода к аноду (пунктирная прямая 1 на 2-4, б). Это значит, что напряженность поля в промежутке остается величиной неизменной и равной:

Представление о ходе физических процессов, имеющих место в установившемся тлеющем разряде, дает не только характер распределения поля в междуэлектродном промежутке, но и чередование слоев светового излучения вдоль его протяженности.

напряжения зажигания в коротко-промежуточных приборах С/з.мин) когда прибор заполнен чистым инертным газом, так как за короткое время развития разряда мета-стабили, необходимые для ступенчатой ионизации, не успевают возникнуть в достаточно заметной концентрации. В чистых инертных газах, в которых имеет место ступенчатая ионизация, напряжению горения разряда ?/г соответствует равенство (2-8), а напряжению зажигания — (2-7). Численно f/з.мин и UF в коротко-промежуточных приборах (при пренебрежении незначительной разностью в первом слагаемом между С/д и С/в) отличаются лишь значениями удельного напряжения ионизации UNMKII и U%mn, значения которых приведены в табл. 2-1. В неявном виде на разницу в значениях С/3.миа и Ur могут влиять также неодинаковые значения коэффициента электронно-ионной эмиссии YI соответствующие разным значениям оптимальной напряженности поля (Е/ри)01П и (Е/р0)$т. В режиме зажигания напряженность поля (Е/р0)ОП'г соответствует почти линейному распределению потенциалов в междуэлектродном промежутке (прямая 1 на 2-19, а). В режиме горения разряда напряженность поля (Е/р0) * соответствует начальному наклонному участку кривой потенциалов в катодной части горящего разряда (кривая 2 на том же рисунке). Обозначая коэффициент ионно-электронной эмиссии при зажигании разряда через у *, можно U3MKH в чистых инертных газах вычислить, исходя из равенства

Фактическому восстановлению соответствует участок подъема кривой UQ. Крутизна этого участка определяет скорость нарастания электрической прочности в процессе исчезновения остаточных зарядов в междуэлектродном промежутке. Верхний плоский участок кривой определяет предельно достигаемое значение пробивного напряжения ?/з.макс, определяющее электрическую прочность прибора.

Обычно длина междуэлектродного промежутка выбирается такой, чтобы при данном составе газа и его давлении pQ в междуэлектродном промежутке мог бы развиться разряд только с катодной его частью. Лишь тогда, когда катодное падение напряжения не обеспечивает требующегося уровня напряжения стабилизации, длина междуэлектродного промежутка берется несколько большей с тем, чтобы, кроме катодной части разряда, в приборе могла бы появиться и анодная его часть, повышающая напряжение горения разряда, но такие стабилитроны не обладают надлежащей стабильностью напряжения.

Сравнивая абсолютные значения t3 у кривых на 3-19, 3-20 и 3-22, а, можно видеть, что при наличии экрана они заметно превосходят' даже в минимуме значения ta при свободном междуэлектродном промежутке.

В дегидраторе кроме основного электрического поля, создаваемого в междуэлектродном пространстве полным напряжением питания, создаются вспомогательные поля: между ниж-

го тока. В каком случае ток смещения в междуэлектродном пространстве равен наведенному току во внешней цени?

линий в междуэлектродном пространстве, постоянную ячейки на практике определяют не расчетом по ее геометрическим размерам, а с помощью тарировочных (образцовых) растворов, имеющих точно известную проводимость YO-

линий в междуэлектродном пространстве, постоянную ячейки на практике определяют не расчетом по ее геометрическим размерам, а с помощью тарировочных (образцовых) растворов, имеющих точно известную проводимость у0.

Кривая на 1-4 показывает, какую работу надо совершить, чтобы переместить электрон на расстояние х от поверхности тела. Другими .словами, кривая Е (х) изображает энергетический барьер у поверхности тела. В ряде случаев, например при рассмотрении электрических полей в междуэлектродном пространстве приборов, оказывается более удобным пользоваться понятием потенциального барьера. Тогда по оси ординат откладывается потенциал U = Е/е.

В междуэлектродном пространстве между катодом и фронтом первых электронов протекает электрический ток переноса, обусловленный движением электрических зарядов. Плотность тока пропорциональна объемной плотности заряда р и скорости движения электронов v.

В начальный момент времени, когда катод еще не эмиттирует электроны, ток в цепи равен нулю и напряженность электрического поля в вакуумном промежутке определяется разностью потенциалов Ua и расстоянием между электродами га. После того как первые электроны покинули катбд, электрическое поле, обусловленное разностью потенциалов Ua, складывается с полями, которые создаются электронами и наведенными зарядами. По мере продвижения первых электронов от катода к аноду увеличивается суммарный отрицательный заряд в междуэлектродном пространстве и уменьшается относительное изменение напряженности поля. Уменьшается и ток смещения. В тот момент, когда первые электроны достигают анода, в цепи наступает стационарный режим.

Если f/H = 0 и эмиссии нет, то диод можно рассматривать как плоский конденсатор, разность потенциалов на пластинах которого равна С/а. Распределение потенциала в междуэлектродном пространстве для этого случая соответствует прямой 1 ( 2-2), соединяющей точки, соответстующие потенциалу катода С/к = 0 и анода Ua. При повышении напряжения накала электроны, покидающие катод, создают в междуэлектродном пространстве объемный отрицательный заряд, который изменяет распределение потенциала (кривая 2 на 2-2). Вследствие отрицательного заряда электронов потенциал в пространстве между катодом и анодом несколько снижается, но все же во всех точках остается положительным. Вектор напряженности электрического поля в любой точке кривой 2 направлен от анода к катоду, поэтому в ускоряющем поле все электроны, покинувшие катод, устремляются на анод. Ток анода равен току эмиссии. Этот режим называется режимом насыщения. •'

Распределение потенциала в диоде при различных значениях анодного напряжения и t/H = const показано на 2-3. Если катод нагрет, а напряжение на аноде равно нулю (С/а1 == 0), то эмиттирован-ные электроны образуют в междуэлектродном пространстве отрицатель- 0 ный объемный заряд и распределение потенциала соответствует кривой 1. При малом анодном напряжении (кри- ^ вая 2 на 2-3) область отрицатель- 1 ного потенциала сохраняется вблизи v катода., Этот потенциальный барьер препятствует движению к аноду медленных электронов. Электроны с более высокой энергией преодолевают потенциальный барьер, достигают анода и создают анодный ток, величина которого меньше тока эмиссии. При более высоком. анодном напряжении (Ua3 >

Учитывая, что в междуэлектродном пространстве существует объемный заряд, воспользуемся уравнением Пуассона, которое

на анод, /а = 1е. Точкам 1 и 2 на характеристике при С7а" = const соответствуют на 2-2 кривые 1 и 2 распределения потенциала в междуэлектродном пространстве.