В тази статия на Сандъците – Sandacite достъпно обясняваме що е то електрически разряд в газове…

Освен електронните лампи, на които посветихме серия публикации, съществуват още един вид прибори, наречени газоразрядни или йонни лампи.

Газоразрядните прибори представляват лампи, балонът на които не е вакуумен, а е изпълнен с инертен газ (неон, аргон или хелий) под ниско налягане (няколко десетки мм живачен стълб). Поради йонизационните процеси, които настъпват при работа, тези лампи се отличават съществено от електронните и се наричат йонни лампи. Процесът йонизация в тях е съпроводен винаги с характерно за газа светене.

В йонните прибори, наречени още газоразрядна, или газова, се намират газ или пари, налягането на които най-често е по- ниско от атмосферното. Процесът на протичане на електри­чески ток през газ (или пари) се нарича електрическа разряд е газа. За него са характерни три основни явления: възбуж­дане на атомите, йоннзация на атомите и рекомбинация.

При движението си в газа електроните се сблъскват с ато­мите му. Ако енергията на електрона при сблъскването му с газовите атоми е недостатъчна за йонизациа, може да стане възбуждане на атома. В този случай при удрянето на елек­трона един от външните електрони на атома преминава на по- отдалечена орбита от ядрото, т. е. на по-високо енергийно ниво. Възбуденото състояние на атома обикновено трае твърде малко (около 10 на минус 9-та секунди), след което електронът се връща обратно на първоначалната си орбита. При това се излъчва/ електромаг­нитна вълна, притежаваща енергия един квант, равен на енер­гията, която атомът е получил при възбуждането си от уда­рилия го електрон.

Изпускането на електромагнитни вълни при връщането на атома от възбудено състояние в нормално се съпровожда със светене на газа, ако изпусканите лъчи спадат във видимата част на електромагнитния спектър.

За да се извърши възбуждане на атома, удрящият електрон трябва да има достатъчна енергия. В долната таблица е показана големината на енергията в електронволта, необходима за въз­буждане на атомите на различните газове.

Йонизацията на атомите (или молекулите) на газа се из­вършва в случая, когато енергията на удрящия електрон е значително по-голяма от енергията за възбуждане. Енергията на електрона, необходима за йонизацията на различните газове, е посочена също в таблица 10-1. При йонизацията в резултат на сблъскванията от атома се отделя електрон и следователно в газовото пространство ще се намират вече два свободни електрона, а самият атом се превръща в положителен йон.

Ако получените след йонизацията два свободни електрона имат достатъчна енергия (например ако те са я набрали при движението си в ускоряващо поле), всеки от тях може да из­върши йонизация на един нов атом. Тогава броят на свободните електрони ще стане равен на четири, а йоните ще бъдат вече три. Ако всички тези електрони отново извършат йонизация, броят им се увеличава до осем, а йоните стават седем. По такъв начин е възможно лавинообразно нарастване на количеството на електроните пропорционално на реда на чи­слата 2, 4, 8, 16…, т. е. в геометрична прогресия, а броят на йоните при това се получава с единица по-малък, т. е. той се определя с реда на числата 1, 3, 7, 15…

Йонизацията на газовите атоми може да стане и след пред­варителното им възбуждане. От удара на- един електрон ато­мът преминава във възбудено състояние, а след това преди да успее да се върне в нормално състояние изпитва удар от втори електрон, който осъществява йонизацията му. При такаги стъпална йонизация всеки от удрящите електрони може да има по-малка енергия от необходимата за йонизацията, но сумата от енергиите им трябва да бъде достатъчна, за да се отдели електрон от атома.

Процесът на увеличаването на количеството свободни заредени частици в газа поради йонизация се нарича електризация на газа.

В някои случаи в газовете е възможно образуване на от­рицателни йони. Те възникват при свързване на неутралните атоми с един или няколко електрона. Йонизацията при удряне на атома с електрони, наречена ударна йонизация, е основен вид йонизация в йонните прибори. Понякога йонизацията се получава в резултат на удряне на газовите атоми с други атоми или молекули или в резултат на поглъ­щането на лъчиста енергия от газовите атоми (фотойонизация). Газовите атоми могат да се превърнат в йони също поради взаимодействието с повърхността на някакво тяло (контактна йонизация).

Наред с процеса йонизация в газа се извършва и обратният процес на неутрализация на противоположните по знак заряди: Положителните йони и електрони извършват в газа хаотично (топлинно) движение. Като се приближат на достатъчно малко разстояние един до друг, те могат да се свържат, като обра­зуват отново неутрален атом. Горното се улеснява от взаимното притегляне между разноименните заредени частици.

Процесът възстановяване на неутралните газови атоми се нарича рекомбинация. Тя съпровожда винаги процеса йониза­ция. Полученият в резултат на рекомбинацията неутрален атом може отново да се подложи на йонизация, а след това състав­ните му части — положителен йон и електрон — отново могат да участват в рекомбинация и т. н.

Процесът рекомбинация води до намаляване на количеството свободни заредени частици, т. е. до деелектризация (или де- йонизация) на газа. В зависимост от това, кой от процесите — йонизацията или рекомбинацията — има превес, се получава или увеличаване на количеството заредени частици, или тяхното намаляване. В стационарния режим йонизацията и рекомбина- цията взаимно се компенсират. Това означава, че количеството свободни електрони (или йони), които възникват в дадения интервал от време поради йонизацията, е равно на количеството неутрални атоми, получаващи се за същото време в резултат на рекомбинацията.

При възникване или нарастване на електрическия разряд в газа в течение на преходния процес йонизацията има превес над рекомбинацията. Обратно, при намаляване на интензивността на електрическия разряд в газа се получава преходен процес, през време на който рекомбинацията има превес над йониза­цията. При прекратяване на разряда въобще не се извършва йонизация и в резултат на рекомбинацията в определен интервал от време се възстановява неутралното състояние, на газа.

Тъй като за отделянето на електрон от атома се израз­ходва енергия, положителният йон и електрон, получени след йонизацията, имат общо по-голяма енергия от неутралния атом. Поради това рекомбинацията се съпровожда с отделяне на кванти лъчиста енергия. В повечето случаи при това се наблю­дава светене на газа.

Литература:

Aтaнacoв, A., и дp. Учeбниĸ зa paдиoлюбитeля. Coфия, Texниĸa, 1962.
Toдopoв, T., M. Илиeв. Cлaбoтoĸoвa тexниĸa. Coфия. Texниĸa, 1962.
Bлacoв, Ф. Eлeĸтpoвaĸyyмни пpибopи. Eлeĸтpoнни и йoнни лaмпи. Coфия. Hayĸa и изĸycтвo, 1955.