Кіріспе

Газдардағы электрлік разрядқа қатысты физикалық заң. svg Гелий, неон, аргон, сутек және азот үшін Пашен қисықтары, бірінші Таунсенд коэффициентін интерполяциялайтын A, B параметрлері арқылы ыдырау кернеуінің функциясы ретінде алынған. Ол 1889 жылы эмпирикалық жолмен анықтаған Фридрих Пашеннің есімімен аталады. Дегенмен, бұл қисықтың шектеулі диапазонында ғана шамамен дұрыс.

Физикалық механизм

Газдағы молекуланың орташа еркін жолы – оның басқа молекулалармен соқтығысуы арасындағы орташа қашықтық. Бұл тұрақты температурада газ қысымына кері пропорционал. Стандартты жағдайдағы ауада молекулалардың орташа еркін жолы шамамен 96 нм құрайды. Электрондар әлдеқайда кіші болғандықтан, олардың молекулалармен соқтығысу арасындағы орташа қашықтық шамамен 5,6 есе ұзағырақ, яғни шамамен 0,5 мкм. Бұл минималды доға кернеуі үшін электродтар арасындағы 7,5 мкм арақашықтықтың елеулі бөлігін құрайды. Егер электрон 43 МВ/м электр өрісінде болса, ол жылдамдатылып, өріс бағытында 0,5 мкм қашықтықты жүріп 21,5 ЭВ энергия жинайды. Азот молекуласынан электронды жұлып алуға қажетті алғашқы иондалу энергиясы шамамен 15,6 ЭВ-қа тең. Жылдамдатқыш электрон азот молекуласын иондау үшін жеткілікті энергияға ие болады. Бұл босатылған электрон да жылдамдатылып, тағы бір соқтығысуға себеп болады. Одан кейін тізбекті реакция лавина тәрізді ыдырауға алып келеді, ал босатылған электрондардың тізбегінен доға пайда болады. Жоғары қысымды газдағы электродтар арасындағы электрон жолында көбірек соқтығысулар орын алады. Егер қысым-аралық көбейтіндісі жоғары болса, электрон катодтан анодқа қарай қозғалғанда көптеген газ молекулаларымен соқтығысады. Әрбір соқтығысу электронның бағытын кездейсоқ түрде өзгертеді, сондықтан электронды әрқашан электр өрісі жылдамдатпайды – кейде ол катодқа қарай кері жүріп, өріспен тежеледі. Соқтығысулар электрондардың энергиясын азайтып, молекулаларды иондауды қиындатады. Көптеген соқтығысулардан туындаған энергия жоғалтулары электрондардың көптеген газ молекулаларын иондау үшін жеткілікті энергия жинақтауына үлкен кернеуді қажет етеді, бұл лавиналық ыдырауға әкеледі. Пашен минимумының сол жағындағы көбейтінді кішкентай болады. Электродтар арасындағы саңылаумен салыстырғанда электронның орташа еркін жолы ұзын болуы мүмкін. Мұндай жағдайда электрондар көп энергия жинақтаса да, иондаушы соқтығысулар азаяды. Сондықтан лавинаны бастау үшін жеткілікті газ молекулаларын иондау үшін үлкен кернеу қажет.

Түрлі газдармен әсер ету

Түрлі газдар молекулалар мен электрондар үшін әртүрлі орташа еркін жолға ие болады. Бұл әртүрлі молекулалардың иондану қималарының, яғни тиімді диаметрлерінің әртүрлі болуына байланысты. Гелий мен аргон сияқты инертті газдар моноатомды, иондануы қиын және кішкентай тиімді диаметрге ие. Бұл оларға ұзын орташа еркін жол береді. Иондану потенциалы молекулалар арасында әртүрлі болады, сондай-ақ олар орбитадан шығарылғаннан кейін электрондарды қайта ұстау жылдамдығы да әртүрлі. Бұл үш фактор еркін электрондардың экспоненциалды өсуіне қажетті соқтығысулар санын өзгертеді. Осы еркін электрондар доға тудыру үшін қажет.