Йонизационни процеси. Термойонизация (пищов)

1. Йонизационни процеси. Термойонизация

Термойонизация настъпва при температури от няколко хиляди градуса. При по-ниски температури тя се развива на няколко степени като постепенно се достига енергията на йонизация Wu. При нормални температури този процес е малко вероятен. Термойонизяцията се характеризира със степен на йонизация - PT която зависи от температурата и налягането. Термойонизацията се проявява в крайния стадий на развитие на разряда.

Фотойонизация. Фотойонизация е възможна при поглъщане на фотон от неутрална частица, при което енергията на фотона е по-голяма от енергията на йонизация..2.2 зависи от температурата и налягането

Непосредствена фотойонизация е възможна при дължина на вълната на фотона 10-65 nm.

Ултравиолетовата светлина е с дължина на вълната около 200nm и непосредствена йонизация е невъзможна. Йонизацията при облъчване с ултравиолетова светлина се осъществява на няколко степени. При всяка степен неутралната частица се възбужда на по-високо енергийно ниво. Когато натрупаната енергия надвиши енергията на йонизация се отделя свободен електрон. Този процес се нарича стъпална йонизация.

Ударна йонизация. Нарастването на свободните токоносители в газ се осъществява предимно за сметка на ударната йонизация. Ударната йонизация е възможна в два случая:

-взаимодействие на електрон с неутрална частица - ударна йонизация.

-взаимодействие на положителен йон с неутрална частица - ударна йонизация.

И в двата случая енергията W, която се отдава при удара трябва да е по-голяма от енергията на йонизация.

Броя на взаимодействията на пол. или отр. заредена частица с други неутрални частици за единица дължина се изразява с т.нар. Първи и втори коефициент на Таундесент.

Освен образуването на заряди в обема е възможно въвеждането на електрони от металните електроди - електронна емисия. Електронната емисия подпомага процеса на йонизация и развитието на разряда.

Емисия на електрони от катода Отделянето на електрони от катода се получава, когато енергията на електрон в метала надвиши енергията на излитане. Отделянето на йони е възможно в случаите на въздействие с високи енергии и се разглежда при разряд във вакуум.

Енергията на емисия на електрони зависи от състоянието на катода. За някои окиси енергията на излитане е съществено по-малка от тази на чистите метали.

Термоелектронна емисия - излитането на електрони в резултат на висока температура на катода. При нормални температури не се наблюдава термоелектронна емисия. Когато бъде надвишена определена прагова стойност на температурата започва интензивно излитане на електрони.

Фотоелектронна емисия - излитането на електрони в резултат на облъчването на повърхността на метала с фотони. Както при фотойонизацията е необходимо енергията на фотона да надвиши енергията на излитане.

В сравнение с енергията на йонизация, енергията на излитане е по-малка, което позволява емисия на електрони от повърхността на метала при по-голяма дължина на вълната на фотоните.

Автоелектронна емисия възниква, когато на повърхността на проводник под действие на външно електрическо поле се изкриви потенциалната бариера и електронът излита (тунелен ефект). Този феномен се проявява при интензитет на електрическото поле от порядъка на 100MV/m за идеално гладка повърхност. Реалните повърхности имат нееднородности и замърсяване, което съществено снижава интензитетът на възникване на тунелен ефект.

Вторична електронна емисия (-емисия) –появява се при попадение на положителен йон върху катода. Дефинира се третият коефициент на Таундсенд - , който представлява броят на излетелите електрони приведен към броят на попадналите на катода положителни йони. Третият коефициент на Таундсенд се определя от вида на газа и състоянието на повърхността на катода. Кинетичната енергия на йона е значително по-малка от енергията на йонизация. Това обуславя слабото влияние на електрическото поле върху процеса на вторична електронна емисия.

Дейонизационни процеси Едновременно с йонизационните процеси протичат и процесите на дейонизация - намаляване на зарядите в обема. Те биват два вида: - рекомбинация; - дифузия.

Рекомбинацията е взаимодействие между зарядите с противоположни заряди, при което те се неутрализират. Плътността на зарядите в даден обем може да се изрази като, където:

r е коефициент на рекомбинация;

t - текущото време;

nо - начална плътност на зарядите.

Коефициентът на рекомбинация зависи от плътността на молекулите на газа и налягането. Когато не е приложено напрежение възникналите йони от естественото излъчване е равен на рекомбиниралите йони. Полученото равновесие на зарядите задава плътност на електроните, които оказват съществено влияние на процеса на разряда, определяйки времето за поява на първия свободен електрон в междуелектродното пространство

Дифузия - свободното движение на зарядите. От значение за развитието на разряда е концентрацията заряди в зоната на електрическото поле. Дифузията спомага за извеждане от междуелектродното пространство на заряди, което се разглежда като дейонизационен процес.

Прилепване на електрона – захващането на свободните електрони от неутрални частици и образуване на отрицателни йони. Прилепването на електрона към неутрална молекула не променя общото количество заряди в обема, но се намалява броят на свободните електрони. Намаляването на свободните електрони довежда до влошаване на условията за развитие на разряд.

Образуване на лавина При достатъчно висок интензитет на електрическото поле (около 2,5MV/m за въздух) броят на зарядите в резултат на ударната йонизация лавинообразно нараства. При определянето на броя на зарядите може да се пренебрегне ударната йонизация поради малката подвижност на йоните. В същото време трябва да се отчита прилепването на електроните. Ефективният брой електрони ще бъде пропорционален на ефективния коеф. на ударна йониз. .

Трябва да се отбележи, че ефективният коеф. на ударна йонизация зависи от интенз. на електрическото поле (фиг.8), който от своя страна зависи от разстоянието x.

Тези електрони се движат с висока скорост и образуват главата на лавината (фиг. 9), която в следствие на дифузията може да се приеме за сфера. В тила на лавината бавно подвижните йони остават практически в мястото на йонизацията и образуват зона с положителен обемен заряд. При достигане на лавината до насрещния електрод заряда на електроните се неутрализира, а в обема остават положителните йони. Положителните йони имат малка подвижност и при попадение върху катода реализират  емисия. За да се осъществи разряд е необходимо от катода да се отдели поне един електрон, който да възбуди нова лавина.

.

Необходимо да се отчита намаляването на броя на електроните попаднали на анода в резултат на прилепването на електрони при електроотрицателни газове. Това променя условието за образуване на разряд.

Стример. В челото на лавината интензитетът е по-висок отколкото създадения от конфигурацията на електродите и приложеното напрежение (среден интензитет), а непосредствено зад главата на лавината е изразен минимум на сумарния интензитет (тъмна зона). Високият интензитет на полето в челото на лавината я ускорява допълнително, а изкривяването на полето в тъмната зона на лавината създава условия за интензивно излъчване в ултравиолетовия спектър. В резултат на фотойонизация и освобождаване на прилепналите електрони при облъчване възникват начални електрони в тъмната зона и пред лавината. Тези електрони могат да се окажат ефективни, ако са възникнали в зона от пространството, където интензитета на електрическото поле е по-голям от критичния. Ефективните електрони създават нови лавини.

При свързването на няколко лавини в общ канал се образува стример. Развитието на йонизирания канал на стримера в по-голямата част от междуелектродното пространство се реализира от фотоните чрез стъпална фотойонизация.

Стримерен механизъм на разряда се реализира, когато дължината на лавината стане по-голяма от дадена критична дължина, при което да се осъществи достатъчна концентрация на заряди в главата на лавината, примерно 108 .

На фиг.10 е показана схема на развитие на положителен стример, а на фигура 11 - на отриц.

Фиг. 10.Схема на развитие на положителен стример.

Тази концентрация се достига при дължина на лавината от няколко сантиметра до няколко десетки сантиметра. На тази основа се въвежда и условието за настъпване на стримерен разряд


Фиг.11.Схема на развитие на отрицателен стример.

Показаните зависимости представляват условието за реализация на стримерен разряд в равномерно и неравномерно електрическо поле.

Лидер При развитие на стримера и достигане на висока плътност на тока в пасивната зона е възможно развитието на термойонизация. Термойонизацията създава висока плътност на зарядите и градиента на полето намалява. Преобразуваният канал на стримера под действието на висока плътност на тока и термойонизационни процеси се нарича лидер. Решаващо условие за развитие на лидерния канал е въвеждането на енергия за сметка на лидерния ток, който поддържа процеса на термойонизация.

Главен канал. Подобно на процесите на развитие на лидера при йонизирането на пространството между двата електрода започват интензивни процеси на ударна йонизация и увеличение на плътността на тока. Има различни емпирични зависимости, които описват процеса на базата на енергийни зависимости. Най-достъпен за разбиране е закона на Теплер. Теплер предполага, че повишаването на проводимостта между двата електрода е резултат на интензивна ударна йонизация. Тъй като подвижността на йоните е малка основно процесът ще се обуславя от движението на електроните. Плътността на тока може да се определи като ,

Където ne e плътността на електроните;

be -подвижността на електроните;

Е - интензитетът на електрическото поле в аксиално направление.

Въвеждаме коефициента КТ известен като константа на Теплер

След заместване на константата на Теплер за съпротивлението на канала на дъгата във функция от времето се получава

Както се вижда от израза, съпротивлението на главния канал на разряда намалява във времето по нелинеен закон и ще зависи от тока (мощността на захранващия източник), разстоянието между електродите и вида газ.

Закон на Пашен Пашен опитно доказва, че разрядното напрежение в еднородно електрическо поле е функция на произведението от разстоянието между електродите s и налягането p

математически запис на закона на Пашен:

,където коефициентът К=Кст при стримерен разряд, а при многолавинен разряд .

Като се изследва математическият запис на закона на Пашен се установява, че има характерен минимум на функцията, който е доказан и опитно. На фиг. 12 е показана примерна зависимост на закона на Пашен за въздух.

Характерното повишаване на разрядните напрежения за малкото произведение на налягане и разстояние между електродите, в ляво от минимума,

настъпва в резултат на по-голям свободен пробег на зарядите от разстоянието между електродите, при което зарядите преодоляват междуелектродното разстояние без да осъществяват взаимодействие с неутрални частици. Този феномен се използва в практиката за създаване на вакуумни прекъсвачи.

Законът на Пашен дава основните начини за повишаване на електрическата якост на газова изолация - повишаване на налягането или увеличаване на разстоянието между електродите.


2. Разряд в неравномерно електрическо поле

В зависимост от формата на електродите електрическото поле може да има равни интензитети в целия обем между електродите (равномерно електрическо поле) или да се различава съществено в отделни точки (неравномерно електрическо поле). За равномерността на електрическото поле между два електрода се съди по отношението

, където

Emax – макс. интензитет електрическото поле;

- средният интенз. електрическото поле.

K-коефициент на неравномерност на електрическото поле. K класифицира електрическите полета като:

-равномерно K = 1;

-практически равномерно (сфери) K=1,11,5

-неравномерно (в техн.у-ва устройства)K = 1,54;

-силнонеравномерно(острие-плоскост)K > 4.

Пример за неравномерно електрическо поле е конфигурацията проводник над земната повърхност. Интензитетът на електрическото поле E(x) по оста перпендикулярна на земната повърхност на


Други реферати:
Условия за устойчивост на демокрацията (Пшеворски)
Демокрация
Отговорна или безотговорна е политиката на НАТО като започва бомбандировки над Сърбия във връзка с Косово
Тоталитарна система
Моисей


Изтегли реферата



Моисей - Facebook Image
Сайтът се поддържа от DH Studio | pomagalo1.com © 2012 | Общи условия