Что такое лавина электронов

ЛАВИ́НА ЭЛЕКТРО́ННАЯ

ЛАВИ́НА ЭЛЕКТРО́ННАЯ, экс­по­нен­ци­аль­но на­рас­таю­щий про­цесс раз­мно­же­ния элек­тро­нов в ре­зуль­та­те ио­ни­за­ции ато­мов и мо­ле­кул га­за, как пра­ви­ло, элек­трон­ным уда­ром. Та­кие цеп­ные ре­ак­ции мо­гут при­вес­ти к элек­трич. про­бою ди­элек­трич. сред (см. Про­бой элек­три­чес­кий ). В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев Л. э. раз­ви­ва­ет­ся в элек­три­че­ском или элек­тро­маг­нит­ном по­ле, хо­тя воз­мож­но ла­вин­ное раз­мно­же­ние элек­тро­нов при те­п­ло­вом на­гре­ве сре­ды, напр. в удар­ной вол­не.

2.6. Лавина электронов и условие самостоятельности разряда

Рассмотрим промежуток между двумя электродами в газе. Если в этом промежутке появился электрон, то, двигаясь к аноду, при достаточной напряженности электрического поля он может при столкновении ионизировать молекулу газа. Образовавшийся при этом свободный электрон вместе с начальным ионизирует новые молекулы. Число свободных электронов будет непрерывно возрастать. Процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду, получил название лавины электронов. В процессе ионизации одновременно с электронами образуются положительные ионы. Вследствие значительной разницы в подвижностях электронов и ионов за время движения лавины до анода положительные ионы практически остаются на месте их возникновения.

В природе постоянно действуют такие ионизаторы, как космические частицы, радиоактивное излучение Земли, ультрафиолетовое излучение Солнца. Благодаря им в промежутке между электродами непрерывно возникают свободные электроны. Под действием приложенного к промежутку напряжения в нем будут непрерывно образовываться лавины электронов. Движение заряженных частиц в промежутке создает ток разряда между электродами. Если исключить действие внешнего ионизатора, ток в промежутке прекратится. Такой процесс называется несамостоятельным разрядом.

Для того, чтобы разряд стал самостоятельным и мог существовать в отсутствие внешнего ионизатора, необходимо, чтобы в результате развития первоначальной лавины появлялся по крайней мере один вторичный электрон, способный создать новую лавину. Таким образом, условие самостоятельности разряда можно записать в общем виде как

или в случае однородного поля

где L — расстояние между электродами.

В резконеоднородном электрическом поле условие самостоятельности разряда выполняется в очень узкой зоне вблизи электрода. Это означает, что ионизационные процессы концентрируются в этой зоне и создают характерное свечение, называемое коронным разрядом или короной.

В процессе развития лавины непрерывно увеличивается число электронов и положительных ионов, при этом напряженность электрического поля на фронте лавины возрастает, а в задней ее части уменьшается. В какой-то момент напряженность в задней части лавины уменьшается настолько, что становится невозможной ударная ионизация. Находящиеся в хвосте лавины отставшие электроны вместе с положительными ионами создают плазменное образование, дающее начало возникновению стримерного канала. Характерной особенностью стримера является наличие избыточного заряда на конце, создающего местное усиление электрического поля и обеспечивающего непрерывное удлинение плазменного канала.

С ростом приложенного к промежутку напряжения длина стримера увеличивается и возрастает емкость между стримером и противоположным электродом. Это приводит к увеличению тока в канале стримера и разогреву его до температуры, достаточной для термической ионизации. Термически ионизированная часть канала стримера называется лидером.

Концентрация заряженных частиц в канале лидера значительно выше, чем в стримере, поэтому падение напряжения на нем меньше. В связи с этим у стримера, часть канала которого преобразовалась в лидер, потенциал головки возрастает и создаются условия для продвижения стримера до противоположного электрода и преобразования этого стримера в лидер.

Образование лавины электронов, понятие самостоятельного разряда

Ответ:Если напряженность электрического поля достигнет значения Е, при котором возможна ударная ионизация, то в межэлектродном пространстве возникают лавинные процессы. При этом происходит размножение заряженных частиц – электров и ионов. Рассмотрим протекание этого процесса. Предположим, что в какой-либо точке поля с напряженностью Е возник свободный электрон, обладающий энергией, достаточной для ионизации молекулы газа. Начальный электрон может возникнуть в результате фотоионизации молекулы газа каким-либо внешним ионизатором. Этот электрон ионизирует молекулу, что приводит к образованию положительного иона и двух электронов. Разгоняясь в электрическом поле, каждый из этих электронов, в свою очередь, ионизирует по молекуле, что приводит к лавинообразному процессу(рис. 8).

а) б)

Рис. 8. Схема образования электронов (а) и распределение в ней заряженных частиц (б)

Обозначим через S расстояние, которое может пробежать лавина (расстояние между электродами). В равномерном поле E = const и, следовательно, постоянен и коэффициент ударной ионизации a. Число электронов в лавине будет составлять т.е., число электронов возрастает с расстоянием S по экспоненциальному закону и при том с тем большей интенсивностью, чем больше коэффициент ударной ионизации a. Электроны и ионы, образовавшиеся в лавине, перемещаются под действием электрического поля. Подвижность электронов много больше подвижности ионов, в результате в голове лавины образуется избыток электронов, а в ее хвосте преобладают положительно заряженные ионы, рис. 8 б. Самостоятельный разряд: Для образования лавины необходим один начальный электрон. При непрерывном воссоздании начальных электронов лавинный процесс не прекращается. Начальные электроны могут создаваться внешними ионизаторами, в этом случае разряд называется несамостоятельным. Воссоздание начальных электронов может происходить и за счет ионизационных процессов в самой лавине. В этом случае процесс носит саморегулирующийся характер и разряд называется самостоятельным. Установим условия самостоятельного разряда в равномерном поле. Согласно соотношению , число ионизаций в лавине . Ионизация в лавине сопровождается возбуждением части молекул и излучением фотонов. Излучаемые фотоны могут вызвать вторичную ионизацию в газе. Назовем коэффициентом вторичной ионизации g – число вторичных электронов, создаваемых фотонами, отнесенное к одному акту ионизации в лавине. Если в лавине происходит ионизаций, то общее число вторичных электронов равно . Если это число равно 1, это означает, что в результате своего развития лавина воссоздает начальный электрон. Следовательно, при условии , разряд будет поддерживаться, если даже действие внешнего ионизатора прекращается. есть условие самостоятельного разряда.

Дата добавления: 2021-03-18 ; просмотров: 242 ;

Лавина электронов. Условия самостоятельного разряда в газах. Механизмы пробоя воздушного промежутка с однородным полем. Барьеры и барьерный эффект в резконеоднородном поле воздушных промежутков. Молния как источник атмосферных перенапряжений

1. Лавина электронов. Условия самостоятельного разряда в газах. Разрядное напряжение закон Пашена и его практическое применение. Лавина электронов – это непрерывный рост числа свободных электронов в межэлектродном промежутке в объеме газа, посредством ионизации газа. Рис: 1 – средняя напряженность без лавины; 2 — напряженность эл. поля создаваемая лавиной. Интенсивность увеличения электронов в лавине характеризуется коэф. ударной ионизации α. Когда свободный электрон е образуется от внешних ист. то разряд несамостоятельный. Несамостоятельный разряд перейдет в самостоят. если повысить напряжение. После прохождения первичной лавины в промежутках между электродами образуется хотя бы один вторичный эффективный электрон. Процесс образования вторич. электронов из катода характеризуется коэф. вторичной ионизации γ он зависит от состава газа. γ[e ( α — n ) S -1]≥1- условие самостоятельного разряда в газах, где e ( α — n ) S — число электронов в лавине; [e ( α — n ) S -1]- число ионов; γ[e ( α — n ) S -1]- число вторичных е на катоде. Закон Пашена: При неизменной температуре разрядное напряжение в однородном поле является функцией произведений давления газа на расстояние между электродами. U=f(PS)- закон Пашена. При уменьшении PS разрядное напряжение сначала уменьшается проходит через минимум, а затем снова возрастает. Вывод из закона: 1) Повысить пробивное напряжение можно увеличивая давление газа больше чем Рmin; 2) Повысить пробивное напряжение можно уменьшая давление газа меньше чем Рmin.

2. Механизмы пробоя воздушного промежутка с однородным полем. Стримерная теория. Факторы влияющие на разрядное напряжение в газах.Воздушный промежуток с однородным полем – это промежуток между проводами ЛЭП. Под влиянием напряженности электрического поля возможна ударная ионизация газа (воздуха) в промежутке вследствие чего может произойти перекрытие этой газовой изоляции. Если в однородном поле появился электрон, то двигаясь катоду при достаточной напряженности электрического поля он может ионизировать молекулу газа в результате появится новый свободный электрон, который вместе с начальным электроном ионизирует новые молекулы и число свободных электронов непрерывно нарастает. Процесс нарастания числа электронов движущихся к аноду получил название лавина электронов.

Процесс образования вторич. электронов из катода характеризуется коэф. вторичной ионизации γ он зависит от состава газа. γ[e ( α — n ) S -1]≥1- условие самостоятельного разряда в газах, где где e ( α — n ) S — число электронов в лавине; [e ( α — n ) S -1]- число ионов; γ[e ( α — n ) S -1]- число вторичных е на катоде. Стримерная теория: Важным понятием является понятие критического числа носителей заряда в лавине, Nкр=10 8 . Если на некоторой длине х число носителей достигает Nкр, то электрическое поле искажается пространственным зарядом. Электронная лавина способна самотрансформироваться в узкий слабопроводящий канал. Когда число носителей заряда в лавине приближается к Nкр=10 8 из головки лавины развивается волна ионизации – анодонаправленный стример. Из хвоста лавины в сторону катода развивается – катодонаправленный стример. В результаае промежуток оказывается перекрытым узким слабопроводящим каналом. Рост проводимости этого канала приводит к формированию искрового разряда, т.о. для стримерного пробоя характ.закономерности: 1)однолавинный механизм пробоя; 2)канальный разряд(искра); 3) t_{формирования}=d/V ,где d – расстояние между электродами, см; V – скорость дрейфа, см/с. Факторы влияющие на разрядное напряжение в газах: На разрядное напряжение влияет давление при различных расстояниях между электродами.

3. Барьеры и барьерный эффект в резконеоднородном поле воздушных промежутков. Использование барьеров в качестве изоляции высоковольтных конструкций. Барьер – это пластина из электроизоляционного материала, которая имеет плоскую или цилиндрическую форму и устанавливается в газовом промежутке для увеличения его электрической прочности. Объемному заряду отводится главная роль (барьерный эффект), который оседает на барьер, в результате развития ионизационных процессов и оказывающих влияние на развитие разряда в промежутке. При «+» стержне положительные ионы задерживаются барьером и располагаются по его поверхности равномерно, чем больше S1тем равномернее располагаются ионы, что способствует равномерному распределению поля в промежутке. Существует оптимальное расстояние S1, при котором разрядное

Похожие материалы

• Лекции и методические указания по курсу БЖД
• Исследование опасности поражения током в 3-х фазных электрических сетях напряжением до 1000 В с изолированной нулевой точкой
• Исследование опасности воспламенения горючих газо – и паровоздушных смесей искровыми разрядами статического электричества и способов борьбы с ними