Кіріспе
Электрлік ыдырауындағы процесс Электрондық лавина - бұл беріліс ортасындағы бірнеше еркін электрондар электр өрісімен күшті жылдамдыққа ұшыраған және кейіннен ортаның басқа атомдарымен соқтығысып, оларды иондаған (тасымалдану иондануы). Бұл қосымша электрондарды босатады, олар жылдамдықты арттырып, басқа атомдармен соқтығысады, бұл тізбекті реакция арқылы көбірек электрондарды босатады. Газда бұл әсер етілген аймақтың электр өткізгіш плазмаға айналуына себеп болады. Аваланша әсерін Джон Сили Таунсенд 1897-1901 жылдар аралығында өз жұмысында ашқан. Электрон лавиндарының газдардағы диэлектрлік ыдырау процесінде маңызы зор. Бұл процесс короналық разрядтар, ағындылар, жетекшілер немесе кернеуді қолданатын электр өткізгіштер арасындағы алшақтықты толығымен жоятын ұшқын немесе үздіксіз доғада аяқталуы мүмкін. Бұл процесс үлкен ұшқындарға дейін созылады. Жарық сәулелері ағып жатқан желбіректердің алдыңғы жағында жоғары потенциалдық градиентте пайда болған электронды лавиналар арқылы таралады. Авариялар басталғаннан кейін, көбінесе артқы ұшындағы қозылған ортаның атомдары шығаратын ультрафиолет сәулелерінің нәтижесінде фотоэлектронның пайда болуы арқылы күшейтіледі. Бұл процесті сондай-ақ лавина процесінің газ көбейту әсерін пайдалану арқылы иондаушы сәулеленуді анықтау үшін пайдалануға болады. Бұл Гейгер-Мюллер түтігінің иондау механизмі және шектеулі дәрежеде пропорционалды есептегіш, сондай-ақ шырақты камераларда және басқа да сым камераларында қолданылады.
An electron avalanche is a process in which a number of free electrons in a transmission medium are subjected to strong acceleration by an electric field and subsequently collide with other atoms of the medium, thereby ionizing them (impact ionization). This releases additional electrons which accelerate and collide with further atoms, releasing more electrons—a chain reaction. In a gas, this causes the affected region to become an electrically conductive plasma. The avalanche effect was discovered by John Sealy Townsend in his work between 1897 and 1901, and is also known as the Townsend discharge. Electron avalanches are essential to the dielectric breakdown process within gases. The process can culminate in corona discharges, streamers, leaders, or in a spark or continuous arc that completely bridges the gap between the electrical conductors that are applying the voltage. The process extends to huge sparks — streamers in lightning discharges propagate by formation of electron avalanches created in the high potential gradient ahead of the streamers' advancing tips. Once begun, avalanches are often intensified by the creation of photoelectrons as a result of ultraviolet radiation emitted by the excited medium's atoms in the aft tip region. The process can also be used to detect ionizing radiation by using the gas multiplication effect of the avalanche process. This is the ionisation mechanism of the Geiger–Müller tube and, to a limited extent, of the proportional counter and is also used in spark chambers and other wire chambers.
Талдау
Плазма нейтральды ауа молекуласының сирек кездесетін табиғи "арқалық" иондану оқиғасымен, мүмкін фотоэкцитация немесе фондық сәулелену нәтижесінде басталады. Егер бұл оқиға жоғары потенциалдық градиент бар аймақта орын алса, оң зарядталған ион электр тодына қарай оның полярлығына байланысты қатты тартылады немесе кері қайтарылады, ал электрон кері бағытта жылдамдатылады. Үлкен массалық айырмашылықтың арқасында электрондар иондарға қарағанда әлдеқайда жоғары жылдамдыққа жылдамдатылады. Жоғары жылдамдықты электрондар бейтарап атомдармен жиі соқтығысып, кейде оларды иондастырады. Тізбекті реакция кезінде немесе "электрондық лавина" жаңадан күшті потенциалдық градиентпен оң иондардан бөлінген қосымша электрондар тек бір бастапқы электроннан үлкен электрон мен оң иондар бұлтын пайда етеді. Алайда, еркін электрондарды бейтарап оттегі немесе су буы молекулалары (электронжағымды газдар деп аталады) оңай ұстап алады, бұл теріс иондарды құрайды. Ауада STP-де еркін электрондар тұтқындалу алдында 11 наносекунд ғана болады. Қабылданған электрондар ойнаудан шығарылады, олар енді қар көшкінінің процесінде қатыса алмайды. Егер электронды заттардың саны жоғалғаннан көп болса, олардың саны тез көбейеді. Бұл үрдіс арқылы көбейтудің дәрежесі өте үлкен, жағдайға байланысты бірнеше миллионға дейін көбейеді. M көбейту коэффициенті мынадан беріледі: X1 және X2 - көбейтуді өлшейтін позициялар, ал α - иондалу константасы. Басқаша айтқанда, X1 позициясындағы бір еркін электрон X2 позициясындағы M еркін электронды береді. Бұл теңдеуге кернеу градиенттерін ауыстыру нәтижесінде V - қолданылатын кернеу, VBR - бұзылу кернеуі және n - 2 мен 6 арасындағы эмпирикалық алынған мән. Бұл формуладан көрініп тұрғандай, көбейту коэффициенті қолданылатын кернеуге өте тәуелді, ал кернеу материалдың бөліну кернеуіне жақындаған сайын, көбейту коэффициенті шексізге жақындап, шектейтін фактор заряд тасымалдаушылардың қол жетімділігіне айналады. Аваланшаны күтіп-ұстау үшін қолданылатын кернеуді күтіп-ұстау үшін заряд резервуары, сондай-ақ іске қосу оқиғаларының үздіксіз көзі қажет. Бұл процесті бірнеше механизмдер жалғастыра алады, олар көшкіннен кейін көшкінді пайда етіп, корона ағынын жасайды. Плазмалық электрондардың қосалқы көзі қажет, өйткені электрондар әрқашан бір бағытта өріскелдендіріледі, яғни қар көшкіндері әрқашан электродқа немесе одан алыстауға сызықтық түрде жүреді. Екіншілік электрондарды құрудың басым механизмі плазманың полярлығына байланысты. Әр жағдайда бастапқы лавинадан фотон түрінде бөлінген энергия жақын маңдағы газ молекуласын иондау үшін пайдаланылады, бұл басқа жылдамдатылатын электронды құрайды. Бірақ бұл электронның қайнар көзі өзгеше. Егер бір немесе бірнеше электронды лавиналар жеткілікті көлемдегі екі электрод арасында пайда болса, толық лавиналық бұзылу пайда болады, ол олқылықты жоятын электрлі ұшқырмен аяқталады.
Where X1 and X2 are the positions that the multiplication is being measured between, and α is the ionization constant. In other words, one free electron at position X1 will result in M free electrons at position X2. Substituting the voltage gradients into this equation results in
Where V is the applied voltage, VBR is the breakdown voltage and n is an empirically derived value between 2 and 6. As can be seen from this formula, the multiplication factor is very highly dependent on the applied voltage, and as the voltage nears the breakdown voltage of the material, the multiplication factor approaches infinity and the limiting factor becomes the availability of charge carriers. Avalanche sustenance requires a reservoir of charge to sustain the applied voltage, as well as a continual source of triggering events. A number of mechanisms can sustain this process, creating avalanche after avalanche, to create a corona current. A secondary source of plasma electrons is required as the electrons are always accelerated by the field in one direction, meaning that avalanches always proceed linearly toward or away from an electrode. The dominant mechanism for the creation of secondary electrons depends on the polarity of a plasma. In each case, the energy emitted as photons by the initial avalanche is used to ionise a nearby gas molecule creating another accelerable electron. What differs is the source of this electron. When one or more electron avalanches occur between two electrodes of sufficient size, complete avalanche breakdown can occur, culminating in an electrical spark that bridges the gap.