Напряжение зажигания газового разряда

Исследования электрического разряда в чистых газах и в газовых смесях, произведенные многими учеными, пока­зали, что величина напряжения[11]), при котором вспыхивает самостоятельный разряд в газоразрядном промежутке, за­висит от многих причин. Так было установлено, что напря­жение зажигания самостоятельного разряда в одном и том же газе или в одной и той же газовой смеси зависит от ин­тенсивности радиоактивного или другого ионизирующего излучения, от состояния поверхности электродов, от рас­стояния между электродами, от величины давления газд или газовой смеси в разрядном промежутке и, наконец, от природы газа.

Характер изменения напряжения зажигания от рас­стояния между электродами и давления для чистых газов и для различных смесей остается один и тот же. На ри­сунке 16 показана зависимость напряжения зажигания от произведения давления газа в миллиметрах ртутного столба на расстояние между электродами в миллиметрах. Эти кри­вые носят название кривых Пашена. Как видно из рисунка, характер изменения напряжения зажигания остается один и тот же как для воздуха, представляющего собой смесь многих газов, так и для одного газа — водорода.

Такой характер изменения напряжения зажигания раз­ряда объясняется следующим. Если в газоразрядном про­межутке при неизменном расположении электродов изме­нять давления газа, то при переходе от больших давлений к малым увеличивается длина свободного пробега электронов в газе. Поскольку длина свободного пробега электрона увеличилась, на расстоянии каждого свободного пробега

Электрон проходит большую разность потенциалов, то есть запасается большей энергией. Поэтому увеличивается его возможность ионизировать атомы газа при столкновениях. Но зато число столкновений между электроном и атомами газа при его движении к аноду значительно уменьшается. А по этой причине при переходе в сторону малых давлений до точки, соответствующей самой низкой точке кривой, преобладает явление увеличения энергии, а при дальней­шем уменьшении преобладает уменьшение числа столкно­вений. После этого, если при неизменном давлении умень­шать расстояние между электродами, то возрастает сила (напряженность) поля, что увеличивает скорость электро­нов, а с другой стороны, уменьшается пространство, в ко­тором развиваются лавины. Одновременно действие этих двух причин приводит к тому, что кривая Пашена имеет низшую точку, соответствующую наименьшему напряжению зажигания газового разряда.

Чем выше потенциал ионизации газа, тем выше будет напряжение зажигания разряда в нем, так как при этом требуется большая напряженность поля, потребная для сообщения электрону необходимой для ионизации газа энергии.

В смеси газов процессы, определяющие зажигание раз­ряда, значительно сложнее. Одной из причин, понижающих напряжение зажигания смеси газов являются неупругие соударения второго рода, приводящие к образованию мета - стабильных состояний атомов. Установлено, что если в га­зоразрядный прибор, наполненный чистым неоном, доба­вить немного аргона, то напряжение зажигания полученной смеси будет значительно ниже, чем у чистого неона.

Это объясняется следующими причинами. При соударе­ниях электрона с атомами неона (потенциал ионизации 21, 47 эв) многие из них возбуждаются до метастабильного уровня (до 16,57—16,66 эв). Эти метастабильные атомы при своем беспорядочном движении сталкиваются с атомами ар­гона, у которого потенциал ионизации (15,7 эв) ниже, чем потенциал метастабильного состояния неона, и отдают ему свою энергию. В результате этого атомы аргона ионизируют­ся и потенциал зажигания разряда значительно понижается. Например, прибавление всего 0,005% аргона при 110 мм Рт. ст. неона понижает напряжение зажигания с 770 в до 185 в между параллельными пластинами, установленными на расстоянии 7,5 мм.

Понижения напряжения зажигания разряда можно до­стигнуть также путем понижения общего давления, а в случае цилиндрических электродов и уменьшением тол­щины нити. Уменьшение толщины нити приводит к увели­чению напряженности поля, а следовательно, и к пониже­нию напряжения зажигания разряда.