Еріксіз және ерікті газ разрядтары

Тәжірибе ионизатор жұмыс істей бастағаннан кейін көп уақыт өтпей – ақ, концентрациясының тұрақты болып қалатындығын көрсетеді. Яғни бұл

кезде динамикалық тепе – теңдік орнап, пайда болатын және қайта қосылатын қос иондар саны теңеседі де мынандай шарт орындалады:

(7.2)

Сондықтан

мұндағы коэффициент () қысымға, температураға және газ табиғатына байланысты болады. Қалыпты жағдайда ауа үшін <<1 сондықтан >N.

Егер тепе –теңдік күй орныққаннан кейін ионизатордың жұмыс істеуі доғарылса, онда рекомбинация барысында қос иондар саны уақыт бойынша мынандай заңдылықпен азая бастайды:

(7.4)

Мысалы, ауада атмосфералық қысым тепе-теңдік жағдайда, қысым іс жүзінде ионизаторды іске қосқаннан кейін секундтың жүзден бір бөліктерінде (10^-3-10^-2с) күшіне енеді. Ал оны өшірген кезде ионизация іс жүзінде бір секундтың оннан бір бөліктерінде (10^-2- 10^-1) жоғалады.

Енді ионизатордың жұмыс істеу барысында конденсатор астарларына (пластинкаларына) белгілі бір U потенциалдар айырымын, яғни онда кернеулігін туғызатын өріс берген кезде (h – пластинкалардың ара қашықтығы) өтетін құбылысты қарастырайық. Ионизатор конденсатордың барлық көлемінде Sh (S – пластиналар ауданы) иондар туғызады деп есептейік. Сонда уақыт аралығында конденсатор көлемінде пайда болған қос иондар саны мынаған тең болады:

(7.5)

Осы уақыт ішінде рекомбинацияға ұшырайтын қос иондар саны мынаған тең

Сонымен қатар конденсатор көлеміен I тогы мынаған тең қос иондар алып кетеді:

мұндағы е – ион заряды.

Міне, осы процестердің қорытындысында уақыт аралығында қос иондар саны мынаған өзгереді:

(7.8)

Егер ток шамасы уақыт бойынша тұрақты болса, онда бұл өзгеріс нөлге айналады да, разряд теңдеуі мынандай түрге ие болады:

Бұл жағдайда ионизатордың жұмысы тоқталса, онда ток ағыны да көп ұзамай тоқталады. Міне, сондықтан да қарастырылып отырған разряд еріксіз (өз бетімен емес) деп аталады.

(7.9) теңдеуінің шешуі иондар концентрациясы n ток күшіне байланысты болған уақытта біраз қиынға түседі.

Егер ток өте аз болса, онда соңғы мүшені () ескермейміз де n=n₀ деп есептейміз. Бұл жағдайда іс жүзіндегі концентрация тұрақты болады да Ом заңы орындалады:

мұндағы қозғалғыштықтар және бір – біріне өте жақын, дегенмен, (мұндағы иондар мен электрондардың қосынды қозғалғыштығы).

Ионизатордың өндіргіштігін N=10¹¹ м^-3с^-1 – ге тең деп алайық. Сонда мынаны аламыз:

бұл барлық бөлшектердің аз бөлігін құрайды (барлық бөлшек саны ). Берілген E=1В/м, жағдайындағы разряд басындағы (басталған кездегі) ток күшін табамыз: I=10^-13A. Өрістің күшеюіне байланысты бағытталған қозғалыстағы (жұтылған) иондар саны арта береді де n азая түсіп, ток күші біртіндеп, (кернеуге қарағанда баяу) арта бастайды (7.1 – сурет). Ақыр аяғында рекомбинацияны ескермеуге де болады. Пайда болған барлық иондар өріспен бағыттала қозғалып, кернеуге тәуелсіз қаныққан ток (шамасы тұрақты) алынады:

7.1 – сурет.

мұндағы параметрлердің орнына жоғарыда алынған сан мәндерін қойып, мынаны аламыз:

бұл бастапқы токтан ондаған есе (бірнеші ондыққа) үлкен, бірақ әлі де аз шама.

Егер конденсатор пластиналарын бір – біріне жақындатсақ, онда 7.1 – суреттегі жаңа қисық бірінші болып, алғашқыда жоғары кетеді де ( U – дың бұрынғы шамаларында кебейеді), сонан соң ол төмен кетеді. Себебі конденсатор көлемі азайғандықтан, қаныққан ток күші де азаяды ().

Осындай еріксіз газ разрядтарының маңызды бір түрлері вакуумды қондырғылардағы ток болып табылады (мысалы, электронды шамдардың жұмысы негізделген құбылыстар).