1. Визначення плазми
Плазма – квазінейтральнитй іонізований газ, що містить зарядженні частинки обох знаків, а також нейтральні частинки.
Умова квазінейтральності означає:
малість сумарного заряду плазми у порівнянні з сумою зарядів одного знаку;
плазма в середньому нейтральна в достатньо великих об’ємах, або ж за достатньо великий час.
Величина
об’ємів чи проміжків
часу, в яких проявляється квазінейтральність,
визначається просторовими та часовими
масштабами розділу зарядів.
Температура плазми визначається
так: 
Енергія
іонізації лежить в проміжку 3-24 eV,
причому 24 – для гелію.
Фундаментальною
особливістю поведінки плазми є її
здатність екранувати діючі на неї
електричні поля. Характерним масштабом
екранування або товщини шару є дебаївська
довжина:
де
n – густина плазми. Іонізований газ
являється плазмою тільки тоді, коли
густина достатньо велика, тобто
.
Дебаївське екранування має місце тільки тоді, коли в зарядженій хмарі знаходиться достатньо багато частинок. Для того, щоб плазма мала «колективні властивості», повинна виконуватися умова: . Поняття «колективні властивості» означає, що в плазмі рух частинок визначається не тільки локальними умовами, а й її станом у віддалених областях.
Якщо
- характерна частота плазмових коливань,
-
середній час між зіткненнями з нейтральними
атомами, то для того, щоб іонізований
газ володів властивостями плазми,
повинна виконуватися умова:
2. Самостійний та несамостійний розряди
Електричним пробоєм називається процес перетворення непровідної речовини в провідник в результаті прикладення до нього достатньо сильного поля.
Головним елементом пробою є електронна лавина. Під дією електричного поля електрон набирає енергію. Досягаючи енергії, що перевищує потенціал іонізації, він іонізує молекулу, втрачаючи при цьому свою енергію. В результаті з’являється 2 повільних електрона, які знову прискорюються полем і з’являється 4 електрона і т.д.
Розглянемо, що відбувається в плоскому газовому проміжку, включеному в коло с джерелом живлення, якщо підвищувати напругу V на електродах. Нехай ел. поле однорідне: E=V/d, d-відстань між електродами. Інколи у катода з’являються випадкові електрони. Поле рухає їх до аноду. Чим швидше електрони проходять проміжок і сильніше поле, тим менше гинуть. Тому ел. струм зростає зі збільшенням V.З деякої напруги практично всі заряди попадають на електроди. Струм досягаю насичення і не залежить від V. Він визначається швидкістю появи зарядів під дією постійних джерел – космічних променів або штучного іонізатора. Цей розряд несамостійний.
Нехай
катод освітлюється ультрафіолетовим
випромінюванням лампи, що створює
фотострум і0. Ел. струм на аноді і струм
в колі і зростає порівняно з струмом
електронів, що вилітають з катоду в
раз,
-
іонізаційний коефіцієнт Таунсенда.
Повний струм на катоді складається з
струму ел. і0 і струму, розжарених при
іонізації і витягуючих полем на катод,
.
Вертикальна ВАХ стає більш похилою. При
подальшому зростанні напруги з’являються
вторинні процеси – народження електронів
під дією тих частинок, які з’являються
а результаті первинного процесу іонізації
газу електронами. З врахування вторинної
емісії стаціонарний розрядний струм
визначається:
,
де гама - ефективний коефіцієнт вторинної
емісії з катода, яка відбувається під
дією додатних іонів, фотонів і
метастабільних атомів, що народжуються
в результаті іонізації і збудження
атомів електронами.
Умова
запалювання самостійного розряду. Якщо
на електроди подати таку напругу
,
за якого
і знаменник в попередній формулі
від’ємний, формула втрачає фізичний
зміст. Це означає, що за кожної такої
напруги струм не може бути стаціонарним.
З іншого боку, при
,
коли
,
тече нестаціонарний несамостійний
струм. Умова переходу
або
(*)
еквівалентно
умові протікання стаціонарного
самостійного струму в однорідному полі
,
де відповідна напруга
визначається
з нерівності (*).
Насправді,
формально при
,
коли
,
тобто струм тече навіть у відсутності
побічного джерела електронів. Процеси
в розрядному проміжку при цьому самі
без побічної допомоги забезпечують
відтворення електронів, що видаляються
полем. Від одного електрона, що вилетів
з катода, народжується
іонів, та, наближаючись до катода, кожен
вириває
електронів (якщо емісія іонно-електронна).
На заміну одному первинному електрону
з’являється один вторинний (
)
і т д. Перехід несамостійного розряду
в самостійний можна в той же час розглядати
і як настання пробою. Умова (*) через
відомі функцію
визначає напругу пробою
в залежності від довжини проміжку
.
Для запалювання самостійного розряду
електрон повинен здійснити на довжині
проміжку
актів розмноження, приблизно
,
якщо
