Неупругие взаимодействия

Максимальное изменение потенциальной энергии частицы

(DE_пот)_max = E₁m₂/(m₁ + m₂),

где E₁ – кинетическая энергия налетающей частицы. Из формулы видно, что при соударении электрона с тяжелой частицей возможен практически полный переход кинетической энергии в потенциальную, т.е. неупругие столкновения с участием электрона наиболее эффективны.

2.4.1. Возбуждение (тушение) атомных, ионных и молекулярных состояний.

e + A_k⁰⁽⁺⁾ Û A_n⁰⁽⁺⁾ +e

Это пороговый процесс, j_в (DE_kn) имеет величину порядка нескольких эВ.

s_kn» 10^–16 – 10^–19 см². Максимум при E_кин = (1,5 ¸ 2) DE_kn (рис. 2.3).

s_упр, Ų

DE_kn

E_кин, эВ

Рис.2.3. Типичный вид зависимости сечения возбуждения атомов электронным ударом от энергии электронов.

Возбуждение (тушение) молекулярных состояний:

e + M_k,i,j⁰⁽⁺⁾ Û M_k¢,i¢,j¢⁰⁽⁺⁾ +e

Энергетические зазоры между колебательными уровнями 10^–2 – 1 эВ, между вращательными уровнями 10^–3 – 10^–1 эВ. Поэтому медленные электроны эффективно теряют энергию на возбуждение этих уровней.

Для N₂ сечение возбуждения колебательных уровней (0,5 ¸ 3) 10^–16 см².

2.4.2. Диссоциация молекул.

e + M Û A +B + e

Вероятность прямого разбиения молекулы из основного состояния мала. Причина – кратковременность воздействия, в течение которого атомы (или радикалы) не успевают получить необходимого для разлета количества движения.

Диссоциация молекул часто преимущественно идет ступенчато через электронно-колебательные, электронные и колебательные возбужденные состояния с достаточным временем жизни:

e + M Û M^* + e

e + M^* Û A + B + e

Обратный процесс – ассоциация.

Зависимость сечения диссоциации молекул электронным ударом от энергии электронов имеет разный вид для различных молекул (рис. 2.4).

s, 10^–16 см²

E_кин, эВ

H₂

CO

N₂

O₂

Рис.2.4. Зависимости сечения диссоциации молекул электронным ударом от энергии электронов.

2.4.3. Ионизация атомов и молекул.

e + A_k Û A_i⁺ + e + e

Обратный процесс – тройная рекомбинация.

Из основного (k = 1) состояния потенциал ионизации E_и для разных частиц находится в интервале 4 – 25 эВ. Максимум s₁ достигается при E_кин = (3 ¸ 5)E_и, ход зависимости s₁(E_кин) для разных атомов и молекул имеет одинаковый вид (рис. 2.5), соответствует аппроксимации Фабри–Канта.

31. Тиратро́н — ионный газоразрядный многоэлектродный коммутатор тока, в котором между анодом и катодом могут располагаться одна (триод), две (тетрод) или более (пентод, гексод) сетки (управляющих электродов). Для того, чтобы зажечь разряд между анодом и катодом, на сетку подаётся электрический сигнал. В отличие от вакуумных триодов, при снятии управляющего сигнала ток между анодом и катодом продолжается до тех пор, пока напряжение на аноде не уменьшится ниже напряжения поддержания разряда. В современной электронике, маломощные тиратроны практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Современные мощные тиратроны применяются при коммутации импульсов тока до 10 кА и напряжения до 50 кВ.

Содержание [убрать] · 1 Разновидности тиратронов o 1.1 Тиратроны тлеющего разряда (ТТР) o 1.2 Индикаторные тиратроны o 1.3 Тиратроны с накалённым катодом · 2 Маркировка · 3 См. также · 4 Литература · 5 Ссылки

[править]Разновидности тиратронов

[править] Тиратроны тлеющего разряда (ТТР)

Рабочий газ — смесь инертных газов (см. также стабилитрон тлеющего разряда). Основное применение тиратронов тлеющего разряда — логические схемы, устройства автоматики, счётно-решающие устройства и приборы индикации — от одиночных контрольных ламп до матричных аналого-цифровых панелей с динамическим управлением. Особые комбинации управляющих электродов и газоразрядных трубок позволяют реализовать на тиратроне логические функции И, ИЛИ, ЗАПРЕТ, задержку прохождения импульса. Независимо от конструктивного исполнения, любой тиратрон может работать ячейкой памяти, индикатором, усилителем тока (ключом) и нормализатором сигналов.

Тиратроны различаются способом подачи управляющего сигнала (способом поджига)

· тиратроны, управляемые током (трёхэлектродные)

· тиратроны, управляемые напряжением (четырёхэлектродные)

а также

· управляемые положительными напряжениями

· управляемые отрицательными напряжениями

В ряде отечественных телевизоров в качестве задающего генератора кадровой развёртки применён тиратрон тлеющего разряда типа ТХ4Б. К сожалению, схема включения этого тиратрона выполнена неудачно, что при незначительном его износе вызывает срыв синхронизации. В радиолюбительской литературе приведены описания изменения схемы включения тиратрона в задающем генераторе кадров таких телевизоров, что позволяет «выжать» из него значительно больший ресурс. А после окончательного износа такого тиратрона, когда он более не способен работать в телевизоре, его можно ещё долго использовать вместо обычной неоновой лампы.

[править] Индикаторные тиратроны

Индикаторные тиратроны — особый класс тиратронов тлеющего разряда, предназначенных, как и следует из их названия, не столько для коммутации электрических цепей, сколько для индикации. В отличие от простых неоновых ламп, они способны управляться пониженными напряжениями, а также запоминать своё состояние, разгружая управляющую ими вычислительную систему для выполнения других задач. Некоторые индикаторные тиратроны являются люминофорными, и позволяют получать цвета, отличные от свойственного неону оранжево-красного.

Хотя ничто не мешает применять для индикации практически любой подходящий по параметрам тиратрон тлеющего разряда, выполненный в прозрачном баллоне, использование в этом качестве именно специальных, индикаторных тиратронов позволяет получить значительно лучшие эргономические и эстетические показатели.

Отечественные индикаторные тиратроны представлены моделями: МТХ-90 — трёхэлектродный (данный тиратрон до сих пор используется в устройствах железнодорожной автоматики в блоках выдержки времени БВМШ и БСВШ, в качестве активного элемента релаксационного генератора в устройствах автоматического периодического срабатывания стробоскопов на импульсной лампе, в генераторах высокого напряжения некоторых ионизаторов воздуха, в качестве источника света и одновременно активного элемента релаксационного генератора в приборах для фототерапии, в сенсорных устройствах, где он открывается при воздействии на сетку наводок от прикосновения пальца к сенсору, подключённому к сетке через сопротивления в 1 МОм (наличие этого сопротивления обязательно!) и др.), ТХ5Б — четырёхэлектродный, ТХ16Б — пятиэлектродный, ТХ17Б — пятиэлектродный люминофорный зелёный, ТХ18А — трёхэлектродный, ТХ19А — шестиэлектродный люминофорный, существует в вариантах ТХ19АЖ — жёлтый, ТХ19АЗ — зелёный, ТХ19АК — красный, ТХИ2С — четырёхэлектродный, ИТС1 — семисегментный люминофорный (зелёный) газоразрядный индикатор с функцией запоминания состояния каждого сегмента по принципу тиратрона.

[править] Тиратроны с накалённым катодом

Рабочий газ — неон, ксенон, криптон-ксеноновая смесь, аргоново-ртутная смесь или пары ртути. Применялись в управляемых выпрямителях (см. также игнитрон), а также как силовые коммутационные ключи.

· Применение ртутных тиратронов в наши дни запрещено.

· Импульсные водородные тиратроны широко применяются как коммутирующие ключи в линейных модуляторах

[править]Маркировка

· ТГ («тиратрон с газовым наполнением») — тиратроны с накалённым катодом, наполненные инертным газом

· ТГИ («тиратрон с газовым наполнением, импульсный») — импульсные тиратроны, наполненные газом (как правило, водородом)

· ТР («тиратрон ртутный») — ртутные тиратроны с накалённым катодом

· ТГР («тиратрон газово-ртутный») — тиратроны с накалённым катодом со смешанным наполнением

· ТХ, МТХ («тиратрон холодный») — тиратроны тлеющего разряда

· ТПИ — тиратроны с полым катодом

· ТДИ — тиратроны с дуговой формой разряда

32. Индикаторные плазменные панели (экраны) представляют собой две стеклянные пластины, объем между которыми заполнен инертным газом, например, аргоном или неоном. На поверхности пластин помещены маленькие электроды, на которые подается управляющее напряжение. Разработано и используется два вида управления индикаторными ячейками и соответствующие им типы индикаторных панелей: постоянного и переменного тока. Индикаторная панель состоит из множества газоразрядных ячеек, которые размещены между двумя стеклянными пластинами с нанесенными на них плоскими прозрачными электродами (шинами). Системы параллельных проводящих шин на противоположных пластинах расположены ортогонально, образуя матричную структуру, в узлах которой сформированы элементы индикации (рис.14.21, а).

Рис.14.21. Плазменный экран (а), его структура (б) и схема управления (в)

Изолированные области пространства между стеклянными пластинами, заполненные инертным газом (Ne), совместно с проводящими электродами (анодом А и катодом К) составляют индикаторные ячейки и являются отдельными элементами экрана (рис.14.21, б).

Электроды имеют непосредственный контакт с газом и поэтому эквивалентную схему ячейки можно представить нелинейным резистором с типовой вольтамперной характеристикой электрического разряда в газе. Практически во всех видах индикаторных панелей используется участок, соответствующий режиму тлеющего разряда в области малых токов, который характеризуется высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световое излучение.

Управление работой ячеек производится с помощью импульсов, подаваемых на шины строк и столбцов (рис.14.21, в). В схеме предусмотрен источник постоянного смещения U _см. При наличии импульсов u_xj и u_yk достаточной амплитуды напряжение между катодом и анодом ячейки Я _jk превысит напряжение зажигания, происходит ионизация газа и возникает разряд. Для ограничения разрядного тока в анодные цепи элементов включены резисторы R ₀. Яркость свечения элемента можно регулировать, изменяя ток с помощью источника U _см.

Время установления разряда велико (более 100 мкс), что существенно ограничивает быстродействие прибора. Для ускорения процессов используют режим предионизации в окрестности катода, который позволяет снизить время возникновения разряда на порядок. Индикаторная ячейка резистивного типа не обладает свойством хранения данных, и разряд прекращается при снятии напряжения (прекращении импульса).

Обеспечение запоминания информации реализуется в так называемой ячейке переменного тока, в которой электроды покрыты изолирующим слоем диэлектрика (рис.14.22, а).

Рис.14.22. Ячейка переменного тока (а), ее схема (б) и управляющее напряжение (в)

Многослойную структуру ячейки можно отобразить эквивалентной схемой, которая наряду с нелинейным сопротивлением и емкостью С _я газовой области, включает разделительные емкости С ₁, существенно превышающие емкость ячейки (рис.14.22, б). Управление осуществляется с помощью переменного (периодического) напряжения прямоугольной формы (рис.14.22, б). Вначале на электроды подается напряжение, превышающее уровень зажигания U _з @ 150 В. Это приводит к образованию разряда, ток которого создает на разделительных конденсаторах напряжения, направленные навстречу входному. На следующем интервале входное напряжение уменьшается и изменяет направление на противоположное. При этом приобретенные на предшествующем интервале напряжения разделительных конденсаторов складываются с входным. Если результирующее напряжение превышает уровень зажигания, то вновь возникает разряд. Далее процесс периодически повторяется, вызывая последовательность световых импульсов. При достаточно высокой частоте следования импульсов вспышки воспринимаются как непрерывное освещение, яркость которого определяется средним значением световых импульсов.

Поддерживающее напряжение имеет меньшее по сравнению с напряжением зажигания значение U _п @ U _зблагодаря дополнительному напряжению на разделительных конденсаторах. Для выключения ячейки достаточно уменьшить амплитуду входных импульсов.

s, 10^–16 см²

E_кин, эВ

H₂

Ar

N₂

E_и

Рис.2.5. Зависимости сечения ионизации атомов и молекул прямым электронным ударом из основного состояния от энергии электронов.

Ионизация из возбужденного состояния называется ступенчатой.

s_k^и(E_кин) = k³ s₁(E_кин) т.е. s_k^и ~ k³, k – главное квантовое число уровня.

При T_e << E_и эффективна ступенчатая ионизация по сравнению с прямой.

Частота ионизации n_и (характеризует скорость рождения зарядов) т.е. число актов ионизации в 1 см³ в 1 с производимое электроном для газового разряда
n_и = (5 10² – 10³) Гц.

n_и = n_a<us> = n_ak_и.

<us> - усредненное по энергетическому спектру. Коэффициент k_и – называют константой (или коэффициентом) скорости ионизации, смысл k_и следует из выражения:

(dn_e/dt)_и = k_иn_en_a.

Аналогичные выражения можно записать для процессов возбуждения и диссоциации. Коэффициент скорости процессов возбуждения, ионизации и диссоциации электронным ударом можно определить так:

,

где A – некоторая постоянная, m – масса электрона, e – его энергия, s(e) – сечение процесса, e₀ – энергия верхнего уровня при возбуждении или пороговая энергия при ионизации и диссоциации, f (e) – функция распределения электронов по энергиям.

Для молекул не редко более эффективно проходит диссоциативная ионизация

e + M Û A⁺ + B + e + e,

например e + CF₄ Û CF₃⁺ + F + e + e,

2.4.4. Рекомбинация с участием электронов.

Процесс обратный ионизации электронным ударом называется тройной рекомбинацией:

A⁺ + e + e Þ A + e

М⁺ + e + e Þ М + e.

Избыточная энергия передается второму электрону или тяжелой частице (в этом случае рекомбинацию называют трехчастичной). Процесс происходит ступенчато:

- захват электрона на далекую орбиту

- переход на нижележащий уровень в результате столкновения с электроном, тяжелой частицей или излучения кванта света.

Трехчастичная рекомбинация может быть при участии нейтральной или ионизованной частицы (атома или молекулы):

A⁺ + e + B Þ A + B,

A⁺ + e + B⁺ Þ A + B⁺.

Рекомбинация с излучением кванта света называется радиационной рекомбинацией

A⁺ + e Þ A + hn,

hn = ej_и + m_eu_e²/2.

Скорость рекомбинации равна

(dn_e/dt)_рек = bn_en_и.= bn_e².

Коэффициент скорости рекомбинации b пропорционален концентрации третьей частицы. b» 10^–14 – 10^–8 см³/с.

Для радиационной рекомбинации коэффициент скорости имеет величину 10^–14 – 10^–13 см³/с.

Диссоциативная рекомбинация

(AB)⁺ + e Þ A_k + B

имеет коэффициент скорости порядка 10^–8 см³/с. Здесь третья частица образуется в ходе рекомбинации. Обратный процесс называется ассоциативной ионизацией. Вероятность диссоциативной рекомбинации значительно больше, чем тройной, поэтому процесс диссоциативной рекомбинации может быть существенным источником генерации возбужденных атомов и радикалов.

Для газового разряда низкого давления рекомбинация электронов на поверхности во много раз превышает объемную рекомбинацию и определяет скорость гибли электронов.

2.4.5. Образование отрицательных ионов.

Образование отрицательных ионов т.е. процесс прилипания электронов к тяжелым частицам характерен для ряда атомов и молекул (в том числе щелочных металлов и галоидов): F, Cl, Br, I, Li, Na, Ka, O₂, H₂O, OH, O.

Основная характеристика отрицательных ионов – энергия их связи (энергия сродства) к электрону. Она численно равна энергии необходимой для разрушения иона. Типичные значения сродства DE 0,1 – 3 эВ, у галоидов 3 – 5 эВ.

DE = E₀ – E_ + m_eV_e² /2.

Механизмы прилипания:

1) e + AB Þ A^– + B – диссоциативное прилипание,

1) e + A + B Þ A^– + B – трехчастичное прилипание,

1) e + A Þ A^– + hn - радиационное прилипание.

Разрушаются отрицательные ионы ударами электронов и тяжелых частиц, но определяющим для газоразрядной плазмы являются процессы гибели при реакциях ассоциации:

O^– + O Þ O₂ + e,

O^– + N Þ NO + e,

O₂^– + O₂ Þ O₂ + O₂ + e,

O^– + CO Þ CO₂ + e,

H^– + H Þ H₂ + e,

OH^– + O Þ HO₂ + e,

OH^– + H Þ H₂O + e,

F^– + F Þ F₂ + e.

Процесс убыли отрицательных ионов называется рекомбинацией ионов.

A^– + B⁺ Þ A + B_k

(dn_и/dt)_рек = (dn_–/dt)_рек = a_иn_–n_и.

a_и ~ 10^–6 - 10^–7 см³/с, a_и и b уменьшаются с ростом температуры.

Дата добавления: 2015-06-04