SP232EEN-LTR電極間的氣體自身由絕緣狀態(tài)變成導(dǎo)電狀態(tài)(不是由外界送入帶電粒子)的現(xiàn)象,叫做空間游離。按照游離的原因,它又可分為下列幾種:

光游離一中性粒子在受到頻率為v的光照射時(shí),如果滿足條件

u7v≥u7y            (2-23)

式中 ui―普朗克常數(shù);

uy―中性粒子的游離能。

則中性粒子可能被游離,這一現(xiàn)象叫做光游離。光的頻率越高(即波長(zhǎng)越短),其游離作用越強(qiáng)。所以,X射線,α、β、丫射線和宇宙射線比紫外線有較強(qiáng)的游離作用,而可見光幾乎不能引起氣體游離。

電場(chǎng)游離―氣體中的帶電粒子(由光游離產(chǎn)生的或者由于。表面發(fā)射而產(chǎn)生的),在電場(chǎng)作用下被加速到速度v,于是這一粒子具有動(dòng)能為言叨v2。帶電粒子在其運(yùn)動(dòng)中不斷與氣體的中性粒子發(fā)生碰撞。當(dāng)一個(gè)動(dòng)能大于中性粒子的游離能uy(即玄79zv2≥uy)的帶電粒子,與一個(gè)中性粒子碰撞時(shí),帶電粒子的動(dòng)能就可能傳送給中性粒子的外層電子,使它脫離原子核引力作用范圍,成為自由電子。也就是說,使這個(gè)中性粒子游離,這種現(xiàn)象叫做電場(chǎng)游離,也叫碰撞游離。

需要特別說明的是,在能引起電場(chǎng)游離的幾種帶電粒子中,電子具有最主要的作用。這是因?yàn)殡娮拥捏w積小,自由行程長(zhǎng),同時(shí)質(zhì)量輕,這些都使它容易積累足夠的動(dòng)能。正離子和負(fù)離子的有效直徑大,自由行程短,同時(shí)質(zhì)量大,不容易積累足夠的動(dòng)能使中性粒子產(chǎn)生電場(chǎng)游離,所以它們的游離作用要比電子小得多。進(jìn)行電場(chǎng)游離的初始電子的來源有兩方面:一是金屬表面的電子發(fā)射,注入極間的電場(chǎng)中;另一是極間氣體的光游離。電場(chǎng)游離發(fā)生后,電極間氣體中的電子便增多,這又為進(jìn)一步加劇電場(chǎng)游離創(chuàng)造了條件,如圖2-23所示。

其實(shí)動(dòng)能超過游離能的電子與中性粒子發(fā)生碰撞時(shí),并不是每次碰撞都肯定能使中性粒子游離的,而是存在著一定的幾率。這一幾率先是隨著電子運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大,但速度增大到一定程度后,游離的幾率反而降低。這是因?yàn)殡娮优c中性粒子的碰撞,并不像一般的機(jī)械碰撞那樣是兩個(gè)物體直接接觸,而是它們周圍的電磁場(chǎng)相互發(fā)生作用。電子通過電磁場(chǎng)的作用把能量傳送給中性粒子,這不僅取決于電子自身動(dòng)能的大小,還取決于相互作用的時(shí)間。當(dāng)電子的運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí),電子和中性粒子的電磁場(chǎng)相互作用時(shí)間減少,因而傳遞的能量減少,游離的幾率便下降。

速度較小的電子,也可能通過碰撞使中性粒子處于激勵(lì)狀態(tài),然后,處于激勵(lì)狀態(tài)的中性粒子再受到另一電子的碰撞而發(fā)生游離。通常,碰撞而發(fā)生游離或激勵(lì)的幾率是很低的。例如,在電場(chǎng)強(qiáng)度E=100~200V/cm時(shí),碰撞游離的幾率為0.2%~0.4%,激勵(lì)的幾率為1%或更小。

有時(shí),電子與中性粒子碰撞后既不使之游離,也不使之激勵(lì),而是附著在中性粒子上面構(gòu)成負(fù)離子,這種現(xiàn)象叫做粘合。

熱游離一氣體粒子在高溫條件下作高速的熱運(yùn)動(dòng),在相互碰撞中也發(fā)生游離,這叫做熱游離。在室溫條件下產(chǎn)生熱游離的可能性極小。只有當(dāng)溫度高到3000~4000K以上時(shí),氣體的熱游離才開始顯著起來。而且溫度越高,氣體的熱游離度越高。

金屬蒸氣的游離能比一般氣體的游離能小得多。所以在相同溫度下,金屬蒸氣的游離能性與氣體性質(zhì)和純度有關(guān)。例如惰性氣體以及純凈的氮和氫原子都不能和電子粘合形成負(fù)離子,而氟原子及其化合物的分子對(duì)電子的粘合作用特別強(qiáng),因此后者常稱為負(fù)電性氣體。

帶電粒子的復(fù)合速度可用下式計(jì)算:

drL=uo=αu+ab   (1/cm3・s)              (2-24)

式中 u+―游離氣體中正離子的濃度(1/cm3);

uo―游離氣體中負(fù)離子和電子的濃度(1/cn△3);

的―復(fù)合系數(shù),與氣體種類、溫度、氣壓等因素有關(guān)。

復(fù)合的過程總是伴隨著能量的釋放。在表面復(fù)合的情況下,釋放出的能量用以加熱電極、金屬或絕緣物的表面。在空間復(fù)合的情況下,釋放出的能量常以光量子的形式輻射,散向四周空間,或者一部分用以增加形成的中性粒子的運(yùn)動(dòng)速度。

擴(kuò)散游離氣體中的帶電粒子,由于熱運(yùn)動(dòng)從濃度較高的區(qū)域向濃度較低的周圍氣體中移動(dòng)的現(xiàn)象叫做擴(kuò)散。擴(kuò)散的結(jié)果使游離氣體中的帶電粒子減少,這相當(dāng)于游離氣體產(chǎn)生了消游離的作用。

正帶負(fù)電的粒子數(shù)相等的游離氣體稱為等離子體。對(duì)于等離子體的擴(kuò)散必然是雙極性的,即在同一時(shí)間內(nèi),擴(kuò)散的正離子數(shù)和帶負(fù)電的粒子數(shù)必須相等。因?yàn)椴蝗绱?則擴(kuò)散便不能繼續(xù)進(jìn)行。例如,假定某一時(shí)間內(nèi)多擴(kuò)散走一個(gè)帶負(fù)電的粒子,則游離氣體中相對(duì)地多了一個(gè)正離子。這樣,在游離氣體內(nèi)將產(chǎn)生一正電場(chǎng),它對(duì)正離子進(jìn)行排斥,對(duì)帶負(fù)電的粒子進(jìn)行吸引。結(jié)果,將加速正離子的擴(kuò)散而阻礙帶負(fù)電的粒子的擴(kuò)散,使游離氣體趨于新的平衡。

固定電極間的氣體放電,設(shè)有如圖2-24所示的直流電路.

電源電勢(shì)為E,電路電阻為R,電極1和2構(gòu)成一個(gè)固定的氣體放電間隙。適當(dāng)?shù)?/span>改變電源電勢(shì)E和電路電阻R,則可測(cè)出間隙兩端的電壓U隨放電電流r的變化曲線(所謂伏安特性),如圖2-25所示。按照放電的性質(zhì)不同,可將圖2-25的曲線分成幾個(gè)放電階段。

非自持放電,試驗(yàn)氣體放電的電路,在區(qū)域OB,除起始部分0且一段外,隨著電壓u的增加,電流r幾乎不變。這是因?yàn)榇藭r(shí)加到電極1和2上的電壓較低,間隙中電場(chǎng)強(qiáng)度較小,不足以產(chǎn)生高電場(chǎng)發(fā)射和電場(chǎng)游離。間隙中的帶電粒子僅由于宇宙射線、X射線等外加因素所產(chǎn)生,而且在電壓超過且點(diǎn)時(shí),它們能夠全部到達(dá)電極。如果設(shè)法除去外加游離因素,則電流為零,放電停止。所以這一區(qū)域叫做非自持放電子,中性粒子負(fù)離子復(fù)合,中性粒子正離子,空間間接復(fù)合的過程電極.

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