Jump to content

Электронная лавина

Электронная лавина — это процесс, при котором ряд свободных электронов в передающей среде подвергаются сильному ускорению электрическим полем и впоследствии сталкиваются с другими атомами среды, тем самым ионизируя их ( ударная ионизация ). При этом высвобождаются дополнительные электроны, которые ускоряются и сталкиваются с другими атомами, высвобождая еще больше электронов — цепная реакция . В газе это приводит к тому, что пораженная область становится электропроводящей плазмой .

Эффект лавины был открыт Джоном Сили Таунсендом в его работе между 1897 и 1901 годами и известен также как разряд Таунсенда .

Электронные лавины необходимы для процесса диэлектрического пробоя в газах. Процесс может завершиться коронными разрядами , стримерами , лидерами или искрой или непрерывной дугой , которая полностью перекрывает зазор между электрическими проводниками, подающими напряжение. Этот процесс распространяется на огромные искры — стримеры в разрядах молний распространяются за счет образования электронных лавин, создаваемых в высоком градиенте потенциала перед продвигающимися кончиками стримеров. Однажды начавшись, лавины часто усиливаются за счет создания фотоэлектронов в результате ультрафиолетового излучения, испускаемого атомами возбужденной среды в задней части лавины.

Этот процесс также можно использовать для обнаружения ионизирующего излучения , используя эффект размножения газа лавинного процесса. Это механизм ионизации трубки Гейгера-Мюллера и, в ограниченной степени, пропорционального счетчика. [1] а также используется в искровых камерах и других проволочных камерах .

Плазма начинается с редкого естественного «фонового» события ионизации нейтральной молекулы воздуха, возможно, в результате фотовозбуждения или фонового излучения . Если это событие происходит в области с высоким градиентом потенциала , положительно заряженный ион будет сильно притягиваться к электроду или отталкиваться от него в зависимости от его полярности, тогда как электрон будет ускоряться в противоположном направлении. Из-за огромной разницы масс электроны ускоряются до гораздо большей скорости, чем ионы.

Высокоскоростные электроны часто неупруго сталкиваются с нейтральными атомами, иногда ионизируя их. В цепной реакции — или «электронной лавине» — дополнительные электроны, недавно отделившиеся от своих положительных ионов сильным градиентом потенциала, приводят к тому, что большое облако электронов и положительных ионов мгновенно генерируется всего одним начальным электроном. Однако свободные электроны легко захватываются нейтральными молекулами кислорода или водяного пара (так называемыми электроотрицательными газами), образуя отрицательные ионы. В воздухе при STP свободные электроны существуют всего около 11 наносекунд , прежде чем будут захвачены. Захваченные электроны фактически выводятся из игры — они больше не могут участвовать в лавинном процессе. Если электроны создаются со скоростью, превышающей скорость их потери при захвате, их число быстро умножается, и этот процесс характеризуется экспоненциальным ростом . Степень умножения, которую может обеспечить этот процесс, огромна, до нескольких миллионов раз в зависимости от ситуации. Коэффициент умножения М определяется как

Где X 1 и X 2 — позиции, между которыми измеряется умножение, а α — константа ионизации. Другими словами, один свободный электрон в позиции X 1 приведет к появлению M свободных электронов в позиции X 2 . Подстановка градиентов напряжения в это уравнение приводит к

Где V — приложенное напряжение, V BR — напряжение пробоя, а n — значение, полученное эмпирическим путем от 2 до 6. Как видно из этой формулы, коэффициент умножения очень сильно зависит от приложенного напряжения, и по мере того, как напряжение приближается к При пробивном напряжении материала коэффициент умножения приближается к бесконечности и ограничивающим фактором становится наличие носителей заряда.

Для поддержания лавин требуется резервуар заряда для поддержания приложенного напряжения, а также постоянный источник инициирующих событий. Ряд механизмов может поддерживать этот процесс, создавая лавину за лавиной, создавая коронный ток. Требуется вторичный источник электронов плазмы, поскольку электроны всегда ускоряются полем в одном направлении, а это означает, что лавины всегда движутся линейно к электроду или от него . Доминирующий механизм создания вторичных электронов зависит от полярности плазмы. В каждом случае энергия , излучаемая в виде фотонов первоначальной лавиной, используется для ионизации близлежащей молекулы газа, создавая еще один ускоряемый электрон. Отличие заключается в источнике этого электрона. Когда между двумя электродами достаточного размера возникает одна или несколько электронных лавин, может произойти полный лавинный пробой , кульминацией которого является возникновение электрической искры , перекрывающей зазор.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Гленн Ф. Нолл, «Обнаружение и измерение радиации», 3-е издание, 2000 г., John Wiley and sons Inc.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 8d28cb23865a2bc7ddae5f0f015a6ef5__1711036560
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/8d/f5/8d28cb23865a2bc7ddae5f0f015a6ef5.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electron avalanche - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)