Физическая энциклопедия

ЛАВИНА ЭЛЕКТРОННАЯ

- неуклонно нарастающий процесс размножения электронов в результатеионизацииатомов и молекул, как правило, электронным ударом; является главнейшим элементом электрич.пробоя газов.В большинстве случаев Л. э. развивается в электрич. или эл.-магн. поле, хотя возможно лавинное размножение электронов чисто тепловой природы, напр. в ударной волне.

Л. э. начинается от небольшого числа первичных (затравочных) электронов, может даже от одного. Электрон разгоняется в пост. поле или приобретает энергию колебаний, если поле осциллирующее. При упругом столкновении с атомом он меняет направление своего движения и приобретённая между двумя последоват. столкновениями энергия переходит в энергию его хаотич. движения. Так, малыми порциями, происходит набор энергии электрона в поле. Когда энергия достигает величины, немного превышающей потенциал ионизации, электрон при столкновении ионизует атом, теряя при этом свою энергию. В результате появляются два медленных электрона, к-рые набирают энергию в поле, и т. д. Развитие Л. э. тормозится за счёт потерь энергии электронами при упругих и неупругих столкновениях (на электронное возбуждение атомов и молекул, возбуждение молекулярных колебаний и вращений) и вследствие потерь самих электронов в результате их диффузионного уход" из области действия поля или прилипания к электроотрицат.молекулам.Рекомбинация ионов и электроновтакже может ограничить рост Л. э., но не в начале её развития, а лишь когда появится очень много положит. ионов. В редких случаях возможна ионизация в два этапа: электрон только возбуждает атом, а последний ионизуется внеш. оптич. излучением, или происходит ассоциативная ионизация при объединении возбуждённого атома с невозбуждённым в молекулярный ион. Обычно в пост. поле, ВЧ-поле и СВЧ-поле возбуждение атомов ударами электронов только тормозит развитие Л. э., т. к. электрон теряет энергию на возбуждение и вынужден снова её набирать. Исключение составляют нек-рые газовые смеси, в к-рых происходит резонансная передача возбуждения одного типа атома на ионизацию другого (см.Пеннинга эффект),и световые поля достаточно высокой интенсивности и частоты, в к-рых возбуждённый атом ионизуется в результате многоквантового фотоэффекта (см.Оптические разряды).

Важнейшей характеристикой Л. э., определяющей скорость её нарастания во времени, является частота ионизацииv_i- число электронов, к-рое в ср. рождает один электрон в 1 с. Если в моментtимеетсяN_eэлектронов, то

где W₀- число затравочных электронов в нач. моментt=0. Частота ионизации электронным ударом зависит от энергетич. спектрап()электронов в лавине (т. е. от поля) и определяется ф-лой

где - сечение ионизации электроном энергии е. Когда ср. энергия спектра существенно меньше потенциала ионизацииI, приближённо можно принять . В случае максвелловской ф-ции распределения

гдеТ_е-электронная темп-pa,N_a-плотность атомов; константаС -в табл. 1.

Л. э. развивается более или менее независимо в каждом небольшом элементе пространства только в быстро-осциллирующих полях (СВЧ-поле, оптическом), когда амплитуда колебаний электронов мала. В пост. полеЕЛ. э. развивается гл. обр. вдоль направления поля, и в этом случае она характеризуется ионизационным коэффициентом Таунсенда (см^-1) - числом электронов, к-рое электрон рождает на 1 см пути вдоль поля: , где - скорость дрейфа электрона в поле. , как и , можно сравнительно легко измерить на опыте, а затем найти

Коэф. характеризует закон размножения электронов в лавине, распространяющейся вдоль пола между катодом и анодом:

гдеN₀- число электронов, вышедших с катода (х=0).В диапазоне сильных полей, пробивающих газовые промежутки между электродами, для существует эмпирич. ф-ла Таунсенда, учитывающаяподобия законыпо давлениюр:

КонстантыАиВпредставлены в табл. 1. Величины и чрезвычайно резко уменьшаются при уменьшении поля (рис. 1). Расчётные и эксперим. данные по скоростям ионизации относятся обычно к пост. полю. В случае быстропеременного поля частоты частоту ионизации можно оценить по известной частоте ионизации в пост. поле, пересчитав по ф-ле

гдеЕ₀-амплитуда осциллирующего поля, =Ьр - частота упругих столкновений электрона с атомами. Ориентировочные значения коэф. пропорциональностиЬдля оценок см. в табл. 1.

Табл. 1.

В электроотрицат. газах скорость размножения в Л. э. существенно зависит от коэф. прилипанияа(см^-1) - числа актов прилипания электрона на 1 см пути вдоль поля. Коэф.аопределяются опытным путём или в результате решения кинетич. ур-ния, подобно и . При наличии прилипания числа электронов и ионов в лавине растут как

Коэф.аобычно нарастает сЕмедленнее, чем . Поэтому кривые (Е), а(Е)непременно пересекаются в некрой точке (Е/р)₁(с учётом подобия). ПриЕ/р1- a<0 и Л. э. существовать не может. В воздухе (E/р)₁=31 В/(см*тор)=0,23 В/(см*Па), в т. 6, к-рый применяется в качестве газового изолятора, (E/p_l) = 117,5 В/(см*тор)=0,88 В/(см*Па). Эти цифры ставят нижний предел для порога пробоя газа в идеально однородном поле. В табл. 2 приведены цифры, характеризующие Л. э. в воздухе атм. давления в плоском промежутке длинойdв присутствии однородного поляE_t,пробивающего такой промежуток.

Табл. 2.

Эксперименты но изучению Л. э. проводятся гл. обр. в камере Вильсона; наблюдаются и одиночные Л. э., порождённые одним электроном, вышедшим с катода. Синхронизованно с подачей напряжения на электроды и облучением катода УФ-излучением (для вырывания затравочного электрона) производится адиабатич. расширение исследуемого газа, куда добавляют немного паров воды, спирта и т. п. Образовавшиеся ионы, к-рые в отличие от быстро движущихся в поле электронов практически остаются на месте, служат центрами конденсации возникшего пересыщенного пара. Туман фотографируют и получают изображение лавины (рис. 2). Лавина расширяется в поперечном направлении вследствие небольшого диффузионного расплывания электронного облака, центр к-рого движется от катода к аноду со скоростью дрейфаv_д; при большом числе народившихся электронов (N_е10⁶) диффузионное расплывание сменяется более быстрым эл.-статич. расталкиванием. Одновременно осциллографируют электронный ток в цепи , гдеN_eдаётся ф-лой (7). Обработка результатов позволяет найти из опыта , -а, ср. энергию электронов , от к-рой зависит скорость диффузии.

Рис. 1. Коэффициенты ионизации для инертных газов.

Рис. 2. Фотография электронной лавины, полученная в камере Вильсона.

Когда электрич. поле нарастающего пространственного заряда электронов и ионов в Л. э. достигает величины внешнего [приN_e10⁸-10⁹, (-a)d20], лавина может перейти встример.Так начинается стримерный пробой. Альтернативой ему служит пробой механизмом размножения лавин, к-рый характеризуется появлением от одной прошедшей лавины более чем одной новой за счёт вырывания затравочных электронов из катода или газа фотонами, рождёнными в лавине (см. такжеИмпульсный разряд).

Лит.:Ретер Г., Электронные лавины и пробой в газах, пер. с англ., М., 1968; Лозанский Э. Д., Фирсов О. Б., Теория искры, М., 1975; Райзер Ю. П., Физика газового разряда, М., 1987.Ю. П. Райзер.

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

1. лавина электронная—электрон кшкн...Орысша-қазақша «Көлік және қатынас жолдары» терминологиялық сөздік
2. лавина электронная—электронды кшкн...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
3. лавина электронная—лавiuна электроuнная...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
4. лавина электронная—лавiна электронная...Русско-белорусский физико-математический словарь

• ЛАГРАНЖЕВ ФОРМАЛИЗМ
• ЛАГРАНЖИАН ЭФФЕКТИВНЫЙ