Электронная лавина - Electron avalanche

An электронная лавина это процесс, в котором ряд бесплатных электроны в среда передачи подвергаются сильному ускорению электрическое поле а затем сталкиваются с другими атомами среды, тем самым ионизирующий их (ударная ионизация ). Это высвобождает дополнительные электроны, которые ускоряются и сталкиваются с другими атомами, высвобождая больше электронов - цепная реакция. В газ, это приводит к тому, что пораженная область становится электропроводящий плазма.

Эффект лавины был обнаружен Джон Сили Таунсенд в своей работе между 1897 и 1901 годами и также известен как Выписка из Таунсенда.

Электронные лавины необходимы для пробой диэлектрика процесс в газах. Процесс может завершиться коронный разряд, стримеры, лидеры, или в Искра или непрерывный дуга который полностью перекрывает разрыв между электрическими проводниками, на которые подается напряжение. Процесс распространяется на огромные искры - полосы в молния разряды распространяются за счет образования электронных лавин, возникающих в высоких потенциальный градиент впереди подсказок стримеров. Однажды начавшись, лавины часто усиливаются за счет создания фотоэлектроны в результате ультрафиолетовый излучение, испускаемое атомами возбужденной среды в кормовой области.

Этот процесс также можно использовать для обнаружения ионизирующего излучения с помощью эффект умножения газа лавинного процесса. Это ионизационный механизм Трубка Гейгера – Мюллера и, в ограниченной степени, пропорциональный счетчик^[1] а также используется в искровые камеры и другие проволочные камеры.

Анализ

Плазма начинается с редкого естественного «фонового» события ионизации нейтральной молекулы воздуха, возможно, в результате фотовозбуждение или же фоновое излучение. Если это событие происходит в зоне с высоким потенциальный градиент, положительно заряжен ион будет сильно привлекаться или отталкиваться от электрод в зависимости от его полярности, тогда как электрон будет ускоренный в обратном направлении. Из-за огромной разницы в массах электроны ускоряются до гораздо большей скорость чем ионы.

Электроны с высокой скоростью часто неупруго сталкиваются с нейтральными атомами, иногда ионизируя их. В цепная реакция - или «электронная лавина» - дополнительные электроны, недавно отделенные от своих положительных ионов сильным градиентом потенциала, вызывают мгновенное генерирование большого облака электронов и положительных ионов всего одним начальным электроном. Однако свободные электроны легко захвачен нейтральными молекулами кислорода или водяного пара (так называемые электроотрицательный газы), образуя отрицательные ионы. В воздухе в STP, свободные электроны существуют всего около 11 наносекунды до захвата. Захваченные электроны эффективно удаляются из игры - они больше не могут способствовать лавинообразному процессу. Если электроны создаются с большей скоростью, чем они теряются для захвата, их количество быстро увеличивается, и этот процесс характеризуется экспоненциальный рост. Степень приумножения, которую может обеспечить этот процесс, огромна, до нескольких миллионов раз в зависимости от ситуации. Коэффициент умножения M дан кем-то

${\displaystyle M={\frac {1}{1-\int _{X_{1}}^{X_{2}}\alpha \,dx}}}$

Где Икс₁ и Икс₂ - позиции, между которыми измеряется умножение, а α - константа ионизации. Другими словами, один свободный электрон в позиции Икс₁ приведет к M свободные электроны в позиции Икс₂. Подстановка градиентов напряжения в это уравнение приводит к

${\displaystyle M={\frac {1}{1-|{\frac {V}{V_{\mathrm {BR} }}}|^{n}}}}$

Где V приложенное напряжение, V_BR напряжение пробоя и п представляет собой эмпирически полученное значение от 2 до 6. Как видно из этой формулы, коэффициент умножения очень сильно зависит от приложенного напряжения, и, когда напряжение приближается к напряжению пробоя материала, коэффициент умножения приближается к бесконечности, а предел Фактором становится наличие носителей заряда.

Поддержание лавин требует резервуара заряда для поддержания приложенного напряжения, а также постоянного источника триггерных событий. Ряд механизмов могут поддерживать этот процесс, создавая лавину за лавиной, чтобы создать корона Текущий. Вторичный источник плазма электронов требуется, поскольку электроны всегда ускоряются полем в одном направлении, а это означает, что лавины всегда движутся линейно по направлению к или от электрод. Доминирующий механизм создания вторичные электроны зависит от полярности плазмы. В каждом случае энергия выпущен как фотоны по начальной лавине используется для ионизировать соседняя молекула газа создает еще один ускоряемый электрон. Отличается только источник этого электрона. Когда одна или несколько электронных лавин возникают между двумя электродами достаточного размера, полное сход лавины может произойти, что приведет к электрическому Искра что ликвидирует разрыв.

Смотрите также

• Выписка из Таунсенда
• Лавина
• Лавинный диод
• Коронный разряд
• Мультипактор
• Трубка Гейгера – Мюллера
• счетчик Гейгера
• Искровая камера
• Проволочная камера
• Разрушение на побеге
• Список статей по плазме (физике)

Рекомендации

1. Гленн Ф. Нолл, «Обнаружение и измерение радиации», 3-е издание, 2000 г., John Wiley and sons Inc.

внешняя ссылка

• Эффекты пробоя в полупроводниках