Рассмотрим тлеющий разряд между плоскими электродами.
При отсутствии разряда, когда объемных разрядов нет, поле однородно
и потенциал между электродами распределен по линейному закону. В
электронном (вакуумном) приборе при наличии эмиссии существует отрицательный
объемный заряд, создающий вблизи катода потенциальный барьер. Этот
барьер препятствует получению большого анодного тока.
В ионном приборе с тлеющим разрядом за счет большого
количества положительных ионов создается положительный объемный
заряд. Он вызывает изменение потенциала в пространстве «анод – катод»
в положительную сторону.
В ионном приборе распределение потенциала таково,
что почти все анодное напряжение падает в тонком слое газа около
катода. Эта область называется катодной частью разрядного промежутка.
Ее толщина не зависит от расстояния между электродами.
Около катода создается сильное ускоряющее поле.
Анод как бы приближается к катоду. Роль анода выполняет «нависшее»
над катодом ионное облако с положительным зарядом. В результате
действие отрицательного объемного заряда компенсируется и потенциального
барьера около катода нет.
Вторая часть разрядного промежутка характеризуется
небольшим падением напряжения. Напряженность поля в ней мала. Ее
называют областью газовой, или электронно-ионной, плазмы. Из нее
выделяют часть, прилегающую к аноду и вызываемую анодной частью
разрядного промежутка, или областью анодного падения потенциала.
Область между катодной и анодной частями называют столбом разряда.
Анодная часть не имеет важного значения, и можно рассматривать столб
разряда и анодную часть как одну область плазмы.
Плазма – это сильно ионизированный газ, в котором
количество электронов и ионов практически одинаково. В плазме беспорядочное
движение частиц преобладает над их направленным движением. Но все
же электроны движутся к аноду, а ионы – к катоду.
Силы поля, действующие на электроны и ионы, одинаковы
и лишь противоположны по направлению, так как заряды этих частиц
равны, но обратны по знаку. Но масса иона в тысячи раз больше массы
электрона. Поэтому ионы получают соответственно меньшие ускорения
и приобретают относительно малые скорости. По сравнению с электронами
ионы почти неподвижны. Следовательно, ток в ионных приборах практически
является перемещением электронов. Доля ионного тока весьма мала
и ее можно не принимать во внимание. Ионы выполняют свою задачу.
Они создают положительный объемный заряд, который значительно превышает
отрицательный объемный заряд и уничтожает потенциальный барьер около
катода.
Область катодного напряжения играет важную роль.
Проникшие из плазмы в эту область ионы получают здесь ускорение.
Ударяя в катод с большой скоростью, ионы выбивают из него электроны.
Этот процесс необходим для поддержания разряда. Если скорость ионов
недостаточна, то электронной эмиссии не получится и разряд прекратится.
Вылетевшие из катода электроны в области катодного падения также
ускоряются и влетают в плазму со скоростью, значительно большей,
чем необходимо для ионизации атомов газа. Электроны сталкиваются
с атомами газа в различных частях плазмы. Поэтому ионизация проходит
во всем объеме. В плазме совершается также и рекомбинация.
Только малая часть ионов, возникших в плазме, участвует
в создании электронной эмиссии катода. Большинство ионов рекомбинирует
с электронами и не доходит до катода.
|