Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд

Газы при обычных условиях состоят из нейтральных атомов и молекул и не содержат свободных зарядов (электронов и ионов). Газ становится проводником электричества, когда некоторая часть его молекул ионизируется, т. е. произойдет расщепление нейтральных атомов и молекул на ионы и свободные электроны. Для этого газ надо подвергнуть действию какого-нибудь ионизатора. Прохождение электрического тока через газы называется газовым разрядом.

Ионизация газов может происходить под действием различных ионизаторов: сильный нагрев, короткое электромагнитное излучение, корпускулярное излучение и т. д. Для того, чтобы выбить из молекулы (атома) один электрон, необходимо затратить определённую энергию, называемую энергией ионизации.

Одновременно с процессом ионизации газа идёт и обратный процесс – процесс рекомбинации: положительные и отрицательные ионы, положительные ионы и электроны, встречаясь, воссоединяются между собой с образование нейтральных атомов и молекул.

Характер газового разряда определяется составом газа, его температурой и давлением, размерами, конфигурацией и материалом электродов, приложенным напряжением, плотностью тока.

Рассмотрим цепь, содержащую газовый промежуток (рис. 3), подвергающийся непрерывному, постоянному по интенсивности воздействию ионизатора. В результате действия ионизатора газ приобретает некоторую электропроводность и в цепи потечёт ток, зависимость которого от приложенного напряжения представлена на рисунке 4.

 
 

На участке кривой OA сила тока возрастает пропорционально напряжению, т. е. выполняется закон Ома:

,

где - концентрация, и - подвижность ( ). При дальнейшем увеличении напряжения закон Ома нарушается: рост силы тока замедляется (участок AB) и, наконец, прекращается совсем (участок BC). Это достигается в том случае, когда ионы и электроны, создаваемые внешним ионизатором за единицу времени, за это же время достигают электродов. AC – режим насыщения: ток не зависит от , ионы не успевают рекомбинировать. После точки D несамостоятельный разряд резко переходит в самостоятельный.