РАЗРЯДЫ В ГАЗАХчтобы под действием положительных ионов и излучения возбужденных атомов с поверхности катода выходило за тот же промежуток времени число электронов п2, по меньшей мере равное пх. Отношение называется «иониза ционным нарастанием» ц. Если — < 1, то при ni последовательном прохождении ряда лавин и •отсутствии внешнего ионизатора разряд ослабевает. Если ~>1, разряд развивается, сила разрядного тока растет. Если ~ = 1, разряд •стационарный. Закон нарастания лавины и •определение коэффициента у приводят к тому, что X
§adx
= -1), где х — расстояние от катода до анода (в случав неплоских электродов это расстояние надо отсчитывать и интеграл братВ по силовой линии поля). Так как а и у возрастают при увеличении напряженности поля, то при постепенном увеличении разностей потенциалов, начиная от ноля, ионизационное нарастание увеличивается. Вместе с тем при неизменном числе •свободных электронов, образуемых на катоде или в области катода действием внешних ионизирующих факторов, увеличивается и сила тока разряда, а вместе с ней и величина положительных пространственных зарядов\ в разрядном промежутке. Пусть при той разности потенциалов Fg, при к-рой становится равной 1 и, следовательно, создаются условия, необходимые для перехода разряда в самостоятельный, распределение положительного пространственного заряда и распределение потенциала соответствует кривой ОБА (рис.). Зависимость «а от Е такова, что при дальнейшем увеличении угла наклона касательной, проведенной к кривой ОБА в начале координат, вызванном увеличением тока, ~ становится больше единицы.
Вследствие неизбежных флюктуаций (см.) тока распределение, потенциала ОБА и соответствующий режим разряда неустойчивы. Хотя мы я не увеличиваем больше разность потенциалов между катодом и анодом, разряд при достижении этого режима развивается дальше самостоятельно. Это развитие и сопровождающее его увеличение силы тока приводит к еще большему возрастанию ионизационного нарастания, пока, наконец, наклон касательной к кривой распределения потенциала не достигнет такой величины, что вследствие дальнейшего хода зависимости а от В, выраженной формулой (2), не начнет убывать и не станет вновь равным единице. В этом случае равенство J*adx y(e° -1) = 1 будет уже условием устойчивого равновесиями дальнейшее развитие разряда прекратится при некотором определенном распределении потенциала ОБгА (рис.). Таким образом, явление пробоя газового промежутка связано с перестройкой пространственных зарядов.Если после пробоя катод имеет температуру, недостаточную для заметной термоионной эмиссии, то мы имеем дело с тлеющим разрядом.
Характерным признаком тлеющего разряда является значительный подъем потенциала и, следовательно, большая напряженность поля около катода, большое «катодное падение». Ряд второстепенных явлений, оставленных нами без рассмотрения в обрисованной выше картине пробоя, приводит к тому, что в тлеющем разряде распределение потенциала лишь в общих чертах соответствует кривой 0ВгА (рис.).
Так, со стороны анода в области т. н. положительного столба градиент потенциала постоянен, а в конце катодного падения этот градиент имеет минимум (иногда даже меняет знак).
Своеобразному распределению пространственных зарядов и потенциала соответствует и распределение темных и светлых областей тлеющего разряда. Около самого катода, где скорости вышедших из катода электронов еще недостаточны для возбуждения атомов или молекул газа, мы имеем совершенно темное Астоново пространство. К Астонову пространству прилегает первая светящаяся катодная пленка, соответствующая оптимальным условиям возбуждения некоторых спектральных линий газа. Далее следует темное лишь по контрасту Круксово или Гитторфово или просто «катодное» пространство, в к-ром собственно и происходит разбег электронных лавин. Темное катодное пространство резко переходит в «катодное», или тлеющее свечение. В тлеющем свечении концентрация свободных электронов и положительных ионов наибольшая. Излучение вызывается здесь, как это показывают нек-рые особенности спектра тлеющего свечения, не только возбуждением атомов и молекул» но и рекомбинацией электронов и ионов в нейтральные атомы. Часть быстрых электронов катодной лавины проникает дальше головки тлеющего свечения; по мере удаления от головки тлеющего свечения число их постепенно убывает, постепенно уменьшается и яркость тлеющего свечения. Далее следует Фарадеево темное пространство, в к-ром градиент потенциала и скорость электронов несколько возрастают. Еще далее в более или менее узких трубках начинается яркий светящийся положительный столб. В широких сосудах при низких давлениях место яркого положительного столба занимает лишь слабое, иногда ел$ заметное свечение.
Если катод настолько разогрет разрядом, что с него происходит значительная термоионная эмиссия, процессы в катодных частях разряда приобретают иной характер и мы имеем дело с дуговым разрядом. В дуговом разряде катодное падение мало — порядка потенциалов возбуждения и ионизации газа (5—15 V) — и сосредоточено в небольшой области (в двойном электрическом слое на поверхности катода). Сила тока в дуговом разряде может принимать очень большие значения. В ряде случаев выход электронов из катода обусловливается в дуговом разряде не термоионной эмиссией, а т. н. вырыванием электронов сильным полем (автоэлектронная эмиссия). Это сильное поле (порядка 10eV на сантиметр) создается около поверхности катода благодаря очень малой толщине двойного электрич. слоя, в к-ром сосредоточено катодное падение. Такой дуговой разряд называется «холодной дугой», т. к. температура катода недостаточна для
