ТАУНСЕНДА РАЗРЯД

ТАУНСЕНДА РАЗРЯД

- несамостоятельный и самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газе при низких давлениях (~ неск. тор) и очень малых токах (<=10^-5 А). Электрич. поле в разрядном промежутке однородно или слабо неоднородно и не искажается пространственным зарядом, имеющим маленькую плотность. Назван по имени Дж. Таунсенда (J. Townsend), создавшего в 1900 его теорию. Согласно этой теории, электроны производят в газе ударную ионизацию, характеризуемую коэф. a - числом ионизации, к-рые создаёт один электрон на единице пути своего движения от катода к аноду. Образованные при этом ионы могут либо также ударной ионизацией создавать на единице пути своего движения к катоду b ионизации, либо при ударе о катод вырывать у электронов на каждый ион. Коэф. a, b и g наз. коэф. Таунсенда. Этими коэф. можно описывать разрядный ток. В случае плоских электродов, находящихся на расстоянии d друг от друга, и первичного тока i₀, создаваемого внеш. ионизатором, разрядный ток, определяемый указанными процессами, описывается след. ф-лами:

при наличии объёмной ионизации положит. ионами;

при вырывании положит. ионами электронов из катода;

при наличии обоих действий положит. ионов.

Исследование элементарных процессов в разряде показало, что объёмной ионизацией положит. ионами можно пренебречь, поэтому реальной является только ф-ла (2). Л. Лёб (L. Loeb) предположил, что осн. процессом вырывания электронов из катода является фотоэффект, вызванный фотонами, возникающими в разрядном промежутке. Ф-ла Лёба имеет вид

где Э-число фотонов, возникающих при прохождении электроном единицы пути; m-коэф. поглощения фотонов в газе; g - геометрический фактор, определяющий число фотонов, идущих к катоду; h - число фотоэлектронов, приходящихся на один фотон, достигающий катода. Обозначая hgq/(a -m) = g, можно получить ф-лу, практически не отличающуюся от (2). Эта ф-ла обычно принимается для несамостоятельного Т. р. при его описании и анализе, включая при этом в коэф. у все процессы, приводящие к вырыванию электронов из катода.

Теория Т. р. позволяет объяснить переход несамостоятельного разряда в самостоятельный. Условием для этого перехода является равенство нулю знаменателя в любой из приведённых ф-л. Математически это означает, что ток в разряде стремится к бесконечности. Такой вывод получается потому, что исключено из рассмотрения время развития разряда. Реально переход несамостоятельного разряда в самостоятельный означает пробой, при к-ром ток разряда неограниченно возрастает, будучи ограничен лишь параметрами цепи. Физически равенство нулю знаменателя, или

означает, что взамен одного электрона, покидающего катод, в результате всех процессов в объёме и на поверхности катода появляется новый электрон. Условие (5) выполняется при определ. значениях коэф. Таунсенда, к-рые зависят от напряжённости поля и давления газа; согласно Таунсенду, коэф. а описывается ф-лой

Хотя анализ реальных элементарных процессов взаимодействия электронов с молекулами газа приводит к более строгому выражению для а, теория Т. р., включая ф-лу (6), позволила обосновать Пашена закон, в частности, объяснить наличие минимума на кривой зависимости напряжения зажигания разряда от pd. Самостоятельный Т. р. наз. также т ё м н ы м р а з р я д о м.

Дальнейшее развитие теория Т. р. получила в работах В. Роговского (W. Rogowski), учитывающих образование объёмного заряда между электродами и временной ход развития разряда. При повышении тока Т. р. переходит в тлеющий разряд.

Лит.: Капцов Н. А., Электрические явления в газах и вакууме, 2 изд., М.- Л., 1950, гл. 13; Лёб Л., Основные процессы электрических разрядов в газах, пер. с англ., М.- Л., 1950, гл. 13; Мик Дж., Крэгс Дж., Электрический пробой в газах, пер. с англ., М., 1960, гл. 1-2; Грановский В. Л., Электрический ток в газе. Установившийся ток, М., 1971, гл. 2; Ховатсон А. М., Введение в теорию газового разряда, пер. с англ., М., 1980, гл. 3.

Л. А. Сена.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.