Электр энергетика және электр техника институты
жүктеу/скачать 169,1 Kb.
|
Ýëåêòð ýíåðãåòèêà æ íå ýëåêòð òåõíèêà èíñòèòóòû
| mv²/ 2 = qV = qEλ
мұндағы
Бейтарап атомды (молекуланы) иондау үшін А¡ жұмыс атқару керек. mv²/2 ≥ А¡ - атоммен соқтығысқан электрон оны иондайды, яғни бір электронның орнына екі электрон (атомға соғылған және одан бөлініп шыққан) пайда болады. Олар өз кезегімен өрістен энергия алады да, әрқайсысы тағы да жолында кездескен атомбы иондайды. Бұл процесс осылайша жалғаса береді. Сөйтіп, зарядталған бөлшектер саны шапшаң артып, электрондар «тасқыны» пайда болады. Мұндай процесс электрондық соққымен иондалу деп аталады. Алайда электрондық соққымен иондалу дербес разрядты қамтамасыз ете алмайды. Өйткені өрістің әсерінен анодқа қарай қозғалған электрондар жұмыстан шығып қалады. Мұндайда дербес разрядты қолдауға екінші реттік процестер қатысады. Электрондар бейтарап атомдармен соқтығысып, оларды иондаған кезде пайда болған оң иондар өріс әсерінен мол кинетикалық энергия алып, катодты атқылайды да, одан электрондарды жұлып шығарады. Бұл процесс екінші реттік электрондық эмиссия деп аталады. Газдағы дербес разряд катодты қыздыру арқылы электрондар шығаруға негізделген термоэлектрондық эмиссия процесінің нәтижесінде де пайда болады. Тәуелді разрядтың дербес разрядқа көшуі газды тесіп өту деп, ал ол көрнеу тесіп өту көрнеуі деп аталады. Біртекті өрістегі тесіп өту көрнеуі – газ қысымы мен электродтар арасы қашықтығының көбейтіндісіне тең (Пашен заңы). Дербес разрядтардың көптеген түрлері бар. Разрядтардың бұл түрлері, ең алдымен, ток жүру нәтижесінде бейтараптанған зарядтарды толықтырып отыратын катодтағы эмиссиялық процестермен анықталады. Токтың тығыздығы аз болғанда (газ мейлінше сиретілгенде) электрондардың катодтан разрядтық аралыққа шығуы оң иондардың катодты атқылауы, фото-эффект құбылысы және метасбильді атомдардың әсері арқылы жүзеге асады. Мұндай разряд солғын разряд деп аталады. Катодтағы ток тығыздығының артуы нәтижесінде разрядтың негізгі сипаттамаларын күрт өзгертетін доғалық разряд пайда болады. Төмен қысымда, разряд солғын ба, сынапты немесе қыздырылатын катодты доға ма оған қарамастан, оң бағана изотермиялық емес плазма болады. Атмосфера және одан да жоғары қысымда газдың температурасы тез артатындықтан, оның термиялық жолмен де иондалуы мүмкін. Солай бола тұрса да электрондық температура төмен қысым бағанасына қарағанда, әлде-қайда төмен болатын көрінеді. Демек, жоғары қысым бағанасын изотермиялық плазмаға жақын (бірінші жуықтау шамасында) деп есептеуге болады. Мұндай бағананың қасиеті электродтардың материалына, газдың табиғатына және доғаның еркін атомсферада немесе тұйықталған кеңістікте жануына байланысты анықталады. Разрядтың ерекше бір түрі – тажды разряд. Бұл разряд бір немесе екі электрод та өте үшкір болып келгенде байқалады. Мұндай жағдайда өрістің біртекті болмауы электродтар арасындағы кеңістіктің әр бөлігіндегі иондалудың әр түрлі болуына әкеп соғады, яғни бір аймақта иондалу күштірек болса, ал оның басқа бір бөлігінде электр өрісі тек зарядтарды ғана тасылдайды. Егер тұрақты ток көзінен қорөктенген газдардың электр разрядтарында катодтағы құбылыс басты роль атқарса, жоғары жиілікті айынымалы электр өрісінде бұл роль мәнін жояды. Газдағы жоғары жиілікті электр разряды электродтарсыз да байқалады. Айнымалы электр өрісі әсерінен плазма пайда болады және ол электрондарға диффузия мен рекомбинация салдарынан кеміген заряд тасушылардың орнын толтырарлықтай (иондалуға жеткілікті) энергия береді. Жоғары жиілікті разрядтардың сыртқы көрінісі мен сипаттамалары газдың қысымына, айнымалы өрістің жиілігіне және берілген қуатқа байланысты анықталады, ал оның бірқатар қасиеттері тұрақты токтағы разрядтың оң бағанасына ұқсас болады. Атмосфера қысымда-ақ аса күшті электр өрісіндегі электродтар ұшқынды разрядтар пайда болады. Оның бір түрі – найзағай. Газдардың электр разрядтарының сан алуандығы және олардың негізгі параметрлерін қалауымызша өзгертуге болатындығы бұл құбылысты кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді. Әсіресе газдардағы электр разрядтары воль-амперлік сипаттамалары, сәуле шығаруы, жылу беруі, қозған атомдар түзуі, молекулардың құрылымын өзгертуі т.б. қасиеттері көбірек пайдаланылады. Газдағы аса күшті электр разрядтарының көмегімен басқарылатын термоядралық реакцияларды жүзеге асыруға қажетті жоғары температураны алуға қол жетті. Жарықтың газ разрядтық көздері барынша тиімді және күшті жарық алуға, ал қажеттігіне қарай өзі шығаратын сәуленің спектрлік құрамын да өзгертуге мүмкіндік береді. Оптикалық және инфрақызыл диапазондардағы (газдық лазерлердегі) кванттық генераторлардың физикалық негізі осы газдардағы электр разрядтарына негізделген. Газдардағы электр разрядтары химиялық синтезде, атап айтқанда, ауадағы азотты бөліп алуда қолданылады. Иондық приборлардың көпшілігі токты түрлендіру, кернеуді стабилизациялау, сигнал беру (газотрандар, тиратрондар, сынапты түзеткіштер, солғын разряд приборлары т.б.) тәрізді электр схемаларының түрлі элекменттерінің қызметін атқарады. Бұл приборлардағы жұмыстық ток миллиампердлің бірнеше үлесінен мыңдаған а-ге және бірнеше в-тан жүздеген кв-қа жетеді. Приборладың басқа бір топтары иондаушы сәулелерді тіркеу және өлшеу үшін, зарядталған атомдық бөлшектерді есептеу үшін (иондалу камерасы, зарядты бөлшек санауптары, қайыра есептеуші, тетіктер) төмен қысымдарды өлшеу үшін тағы басқалар қолданылады. Газдардың электріның жылу энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыруға (магнитогидродинамикалық генераторлар, термоэлектрондық түрлендіргіштер) және космос корабльдеріне арналған ұзақ уақыт жұмыс істейтін қозғалтқыштарды (плазмалық және иондық) жасауға қолданылуы мүмкін. Разрядтың дамуы 50 Гц жиілікті ауыспалы кернеудің жарты мерзімінен кем уақыт аралығында жүреді, сондықтан тұрақты және ауыспалы кернеу кезіндегі ауа аралығындағы разрядты кернеулер іс жүзінде ұқсас келеді. Разрядтың дамуын стример теориясының негiзiнде L = xkp ең төменгi разрядтық кернеуде сапалы қарап шығайық. Сыртқы иондағыштың әсерiмен катодтан бастапқы тиiмдi электрон шығады, электрондардың анодқа бағыт бойынша дамитын көшкiнi пайда болады. Аралықтағы электр өрiсiсi бұрмалайды: көшкiннiң iзiндегi оң иондар зарядының ықпалы салдарынан көшкiн майданында және катодтың маңында екпiндеп, электрондар көшкiнiнен кейін бәсеңсидi. Көшкiн өседi, оның майданындағы өрiстiң кернеулiгi одан әрі екпiндейдi. Оң иондардың қоздырылуы және иондардың қоздырылмаған күйге өту кезінде үлкен энергиялы фотондардың шығарылуы салдарынан газ фотоионизациясы болуы мүмкiн. Бастапқы көшкiн анодқа дейiн жетедi. Екiншi көшкiндер, өрiстiң күш сызықтары бойымен таралып, бастапқы көшкiнмен қалдырылған және анодтағы көп шоғырлануға ие болатын көлемдi оң заряд аумағына тартылады. Анодта, екінші көшкін еніп кететін, соңында артық оң заряды бар разряд каналы – стример пайда болады. Стример - катод аралығында өрiс екпiндейдi, бұл көп жаңа көшкiндердiң пайда болуына алып келедi, және стример 108 см/с шамалы жылдамдықпен катод бағытында таралады. Катодта қарқынды фотоионизация пайда болады. Катодтағы бұған дейін тесілмеген аралықтың аз мөлшерлі бөлігінің өткізгіштігі секірісті өседі. Стример электродтар арасындағы аралықты тұйықтайды. Көз - разряд каналы тізбегіндегі тоқ бірден өсіп, канал жарқырайды. Кернеу көзі ретінде зарядталған конденсаторды пайдаланса, онда ол бәсеңдей отырып, разрядты ұзақ ұстай алмайды. Разряд каналы жарқ етіп, бірден сөнеді – ұщқын пайда болады. Егер көз қуаттылығы жеткiлiктi болса, онда ұшқын доғалы разрядқа (электр доғасына) өтедi. Тоқтың ұзақ өту және қарқынды жылыту салдарынан доға каналы термоиондау әсерінен пайда болатын жоғары өткізгіштігімен ерекшеленеді. Аралық тесілу үшін минималды қажеттіден асатын кернеу кезінде α шамасы жоғары және көшкіннің сыни ұзындығы электродтар арасындағы қашықтығынан сәйкесінше кем (xkp < L). Бұл жағдайда катодтан стримердің даму мүмкіндігі пайда болады. Сыни ұзындығына жеткен көшкіннің артқы жағында электр өрісінің кернеуі қалып қалған электрондар иондауды өндіру үшін жеткіліксіз, және көшкіннің осы бөлігінде стример пайда болады. Бір жағынан көшкін майданында nkp электрондармен алаң мәнді күшейеді және оң иондардың қозуы нәтижесінде, әсіресе катодта, фотоионизациалану мүмкін болады. xkp < L кезіндегі разрядтың дамуы 5.2. суретінде көрсетілген. Әрине, егер бастапқы электрон катодта емес аралықта тууы мүмкін болса да, бұл жағдайда көшкін сыни ұзындыққа дейін өсуі мүмкін. Разрядты кернеу мәнінің аралық ұзындығы мен газ қысымына тәуелділігі (1.46) формада разряд дербестілігі шартының негізінде алына алады. Бұл шарт біртекті өріс аралығында пайдалануда болғандықтан оны сынама деп біледі. Егер α үшін (1.22) түрдегі теңдеуді алып, оны (1.46) – ға қойып және біртекті өрісте Е U / L екендігін ескерсек, келесі теңдеу шығады: A(pL)exp[- B/Up(pL)] = K (5.1) немесе
(5.2) теңдеу Up f (pL) тәуелділігін тәжірибе жолымен бірінші орнатқан Фридрих Пашен есімімен аталған Пашен заңының аналитикалық өрнегін көрсетеді. Пашен заңы жариялайды: өзгеріссіз температурада біртекті өріспен аралықтағы газдың тесілу кернеуі электродтар арасындағы қашықтыққа қысымды тудыру функциясы болып табылады. Басқа сөзбен айтқанда: егер электродтар арасындағы қашықтықты бірнеше ретке ұзартып және сонша ретке қысымды азайтса, онда разрядты кернеу өзгермейді. жүктеу/скачать 169,1 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|