Войти
Электронная лавина - это процесс, в котором количество свободных электронов в передающей среде подвергаются сильному ускорению электрическим полем и впоследствии сталкиваются с другими атомами среды, тем самым ионизируя их (ударная ионизация ). Это высвобождает дополнительные электроны, которые ускоряются и сталкиваются с другими атомами, высвобождая больше электронов - цепная реакция . В газе это приводит к тому, что пораженная область становится электропроводящей плазмой.
Эффект лавины был обнаружен Джоном Сили Таунсендом в его работали между 1897 и 1901 годами, и он также известен как Таунсендовский разряд.
Электронные лавины необходимы для процесса диэлектрического пробоя в газах. Процесс может завершиться коронным разрядом, стримером, лидером или искрой или непрерывной дугой, которая полностью перекрывает разрыв между электрическими проводниками, на которые подается напряжение. Процесс распространяется на огромные искры - стримеры в разрядах молний распространяются путем образования электронных лавин, создаваемых в высоком градиенте потенциала перед приближающимися концами стримеров. Однажды начавшись, лавины часто усиливаются за счет создания фотоэлектронов в результате ультрафиолетового излучения, испускаемого атомами возбужденной среды в кормовой области.
Этот процесс также можно использовать для обнаружения ионизирующего излучения за счет использования эффекта умножения газов лавинообразного процесса. Это ионизационный механизм трубки Гейгера – Мюллера и, в ограниченной степени, пропорционального счетчика, а также используется в искровых камерах и других проволочные камеры.
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 ион будет сильно притягиваться или отталкиваться от электрод в зависимости от его полярности, тогда как электрон будет ускорен 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 лавины» - дополнительные электроны, недавно отделенные от своих положительных ионов сильным градиентом потенциала, вызывают мгновенное генерирование большого облака электронов и положительных ионов всего одним начальный электрон. Однако свободные электроны легко захватываются нейтральными молекулами кислорода или водяного пара (так называемые электроотрицательные газы), образуя отрицательные ионы. В воздухе в STP свободные электроны существуют только около 11 наносекунд до захвата. Захваченные электроны эффективно выводятся из игры - они больше не могут способствовать лавинообразному процессу. Если электроны создаются с большей скоростью, чем они теряются для захвата, их количество быстро увеличивается, и этот процесс характеризуется экспоненциальным ростом. Степень приумножения, которую может обеспечить этот процесс, огромна, до нескольких миллионов раз в зависимости от ситуации. Коэффициент умножения M определяется как
где X 1 и X 2 - позиции, между которыми измеряется умножение, а α - константа ионизации. Другими словами, один свободный электрон в положении X 1 приведет к появлению M свободных электронов в положении X 2. Подстановка градиентов напряжения в это уравнение приводит к
где V - приложенное напряжение, V BR - напряжение пробоя, а n - значение, полученное эмпирическим путем между 2 и 6. Как видно из этой формулы, коэффициент умножения очень сильно зависит от приложенного напряжения, и по мере приближения напряжения Напряжение пробоя материала, коэффициент размножения приближается к бесконечности, и ограничивающим фактором становится наличие носителей заряда.
Для поддержания лавин необходим резервуар заряда для поддержания приложенного напряжения, а также постоянный источник запускающих событий. Ряд механизмов может поддерживать этот процесс, создавая лавину за лавиной, чтобы создать ток короны. Требуется вторичный источник электронов плазмы, поскольку электроны всегда ускоряются полем в одном направлении, а это означает, что лавины всегда движутся линейно к или от электрода . Доминирующий механизм создания вторичных электронов зависит от полярности плазмы. В каждом случае энергия, излучаемая в виде фотонов начальной лавиной, используется для ионизации ближайшей молекулы газа, создавая другой ускоряемый электрон. Отличается только источник этого электрона. Когда одна или несколько электронных лавин возникают между двумя электродами достаточного размера, может произойти полный лавинный пробой, завершающийся электрической искрой, которая перекрывает зазор.
