FIZIKA JONIZOVANIH GASOVA

FIZIKA JONIZOVANIH GASOVA Prof. dr Momčilo Pjović 1. POREKLO NAELEKTRISANIH ^ESTICA U GASU Gasovi pod normalnim uslovima sadr` voma mali broj nalktrisanih ~stica i zbog toga n provod lktri~nu struju. Nalktrisan ~stic s mogu pojaviti u gasu zahvaljuju}i jonizacionim procsima izazvanim prvnstvno ultraljubi~astim zra~njm Sunca, zatim kosmi~kim i radioaktivnim zra~njm okolin. Zahvaljuju}i tom u atmosfrskom vazduhu ima oko 10 jonskih parova u kubnom santimtru, {to j procntualno zanmarljivo malo u odnosu na broj nutralnih ~stica (atoma i molkula), tako da j vazduh dobar izolator. Tk kod vlikih intnzitta jonizuju}g zra~nja, kada s stvara vliki broj nalktrisanih ~stica, gas po~inj da s pona{a kao provodnik i tada, ako s nadj u lktri~nom polju, kroz njga } t}i lktri~na struja. Kada s gas zagrj do visokih tmpratura, zbog vlik brzin haoti~nog krtanja njgovih atoma ili molkula, u njihovim mdjusobnim sudarima takodj dolazi do jonizacij. Poznato j da s nalktrisana tla koja s nadju u blizini plamna vrlo brzo razlktri{u. Procsi jonizacij gasa uvk su pra}ni i procsima nstajanja nalktrisanih ~stica, naj~{} rkombinacijom, ali isto tako i difuzijom, a u slu~aju toka struj, nutralizacijom na lktrodama. Pod odrdjnim uslovima uspostavlja s ravnot`a broja procsa jonizacij i rkombinacij. Zahvaljuju}i ovoj dinami~koj ravnot`i u gasu stalno postoji nka koncntracija nalktrisanih ~stica oba znaka. Pod kocntracijom s podrazumva broj ~stica odrdjn vrst u jdinici zaprmin (n - koncntracija lktrona, n j - koncntracija jona i n o - koncntracija nutralnih ~stica). Dinami~ka ravnot`a s rmti kada s promni makar jdan od uslova, na primr intnzitt jonizuju}g zra~nja, pritisak gasa i sli~no. U staklnoj cvi u kojoj s nalazi gas pod sni`nim pritiskom t}i } lktri~na struja izmdju dv lktrod ako s on priklju~ na izvor napona i ako postoji jonizuju}i agns zahvaljuju}i kom s stvaraju nalktrisan ~stic. Kod slabijih lktri~nih polja, ako s ukloni izvor jonizacij struja prstaj da t~. U tom slu~aju govori s o nsamostalnom lktri~nom pra`njnju kroz gas. Kod jakih lktri~nih polja javljaju s i nki dodatni procsi multiplikacij indirktno izazvanih lktri~nim poljm, tako da struja t~ i posl uklanjanja spolja{njg izvora jonizacij. U tom slu`aju s govori o samostalnom pra`njnju, koj s u zavisnosti od uslova dli na tinjavo i lu~no. Drug vrst samostalnog pra`njnja koj s javljaju spadaju u jdnu od navdn dv. Tako na primr, varnica j kratkotrajni lktri~ni luk, dok korona spada u grupu tinjavih pra`njnja. Procsi pri kojima nastaju i nstaju nalktrisan ~stic u gasu su mnogobrojni. U prgldu vrsta tih procsa koji sldi nisu nabrojani svi procsi, v} samo oni koji su najzna~ajniji. Va`no j napomnuti da s pri jonizaciji molkula (atoma) gasa stvaraju ngativni lktroni i pozitivni joni i oni su najva`niji sastavni lmnti jonizovanog gasa. Molkuli nkih gasova (na primr, kisonika i SF 6 ) imaju osobinu da zahvataju slobodn lktron pri ~mu s stvaraju ngativni joni. Ti s gasovi zbog toga nazivaju lktrongativnim. 1

1.1 PROCESI JONIZACIJE-STVARANJE NAELEKTRISANIH ^ESTICA Da bi kvant zra~nja ili nka ~stica pri intrakciji sa atomom ili molkulom gasa mogla da izazov jonizaciju (ili pobudjivanj) mora da ima nrgiju koja j jdnaka ili v}a od nrgij jonizacij (ili pobudjivanja) atoma ili molkula sa kojim intraguj, tj.: E h ν, ~stica U i ( U x ), gd j U i potncijal jonizacij, a U x potncijal kscitacij. Oznak koj } biti kori{}n imaju sld}a zna~nja: hν - kvant lktromagntnog zra~nja - lktron A, B - atom (ili molkul) A +, B + - jdnostruko jonizovan atom (pozitivan jon) A *, B * - pobudjn atom 1.1.1 Jonizacija zra~njm + Dirktna: h ν + A A + * Stpnasta: hν + A A * + A + ( hν ) A + 2( ) 1.1.2. Enrgtskim ~sticama (nalktrisanim) 1.1.3. Trmalna jonizacija + Dirktna: + A A + 2 + + A + A 2A + * Stpnasta: + A A + * A + A + + 2 + A + A A + A + 1.1.4. Stvaranj nalktrisanih ~stica na lktrodama Fotolktronska misija: h ν + lktroda + Skundarna misija jonima: A + lktroda Trmolktronska misija: toplota + lktroda Emisija pod djstvom polja: l. polj + lktroda 1.2 PROCESI NESTAJANJA NAELEKTRISANIH ^ESTICA Procsi suprotni procsima navdnim pod brojm 1.1.1., 1.1.2. i 1.1.3. nazivaju s procsi rkombinacij nalktrisanih ~stica i mogu s odigrati u jonizovanom gasu prko dva procsa. 2

1.2.1. Radijativna rkombinacija + * A + A ( A ) + hν 1.2.2. Rkombinacija pri sudaru tri ~stic + A + + ( A) A + ( A) Kod radijativn rkombinacij vi{ak nrgij s oslobadja u obliku kvanta, dok s pri sudarnim rkombinacionim procsima vi{ak nrgij prdaj tr}oj ~stici. 2. TRANSPORTNI PROCESI U JONIZOVANOM GASU Pord haoti~nog trmalnog krtanja, nalktrisan ~stic u jonizovanom gasu mogu da imaju i usmrnu komponntu brzin. Do pojav usmrnog krtanja mo` do}i zbog prisustva lktri~nog polja, a takodj i zbog pojav gradijnta koncntracij lktrona ili jona. U jonizovanom gasu oba ova uzroka javljaju s istovrmno. Naim, spolja{nj lktri~no polj uslovljava prostornu raspodlu nalktrisanh ~stica i prouzrokuj na taj na~in pojavu gradijnta koncntracij. Postojanj gradijnta koncntracij, sa drug stran, zbog razli~it koncntracij nalktrisanih ~stica prouzrokuj pojavu lktri~nog polja. Bz obzira na uzrok svog nastanka, usmrno krtanj nalktrisanih ~stica prdstavlja lktri~nu struju. 2.1. USMERENO KRETANJE ELEKTRONA U ELEKTRI^NOM POLJU- DRIFT U slabo jonizovanom gasu (kada j mali broj nalktrisanja u gasu) lktroni s u toku svog haoti~nog krtanja sudaraju, uglavnom, sa nutralnim atomima. Svaki lktron za vrm izmdju dva sudara biva ubrzan od spolja{njg lktri~nog polja, tako da lktronski gas kao clina dobija nku usmrnu brzinu u pravcu polja. Prtpostavlja s da lktron u svakom sudaru izgubi usmrnu komponntu brzin i da j ubrzanj koj mu polj saop{tava E/m. Po{to s radi o jdnako ubrzanom krtanju, za vrm t izmdju dva sudara lktron prdj u pravcu polja put E 2m t x = 2. (1) Ako s prtpostavi da svi lktroni imaju brzinu jdnaku srdnjoj trmalnoj brzini v, i da j srdnja du`ina slobodnog puta λ, tada j vrm izmdju dva sudara τ=λ/ v. Tada j brzina usmrnog krtanja (drift) x λ vd = = E = µ E, (2) τ 2mv gd j µ pokrtljivost lktrona. Ta~an prora~un brzin usmrnog krtanja lktrona zahtva uzimanj u obzir da trmaln brzin lktrona nisu ist v} da s 3

pokoravaju nkoj raspodli. Isti j slu~aj i sa slobodnim putvima koji takodj podl`u nkoj raspodli, tako da j nophodno izvr{iti usrdnjavanj izraza (2) za sv brzin i sv slobodn putv. U tom slu~aju brzina usmrnog krtanja lktrona s mo` napisati u sld}m obliku λ v d =, (3) 3mv gd j v brzina grup lktrona. Ako s prtpostavi da lktroni imaju Maksvlovu raspodlu brzina, mo` s izvr{iti usrdnjavanj za ov brzin. Usrdnjavanjm brzin drifta za sv brzin dobija s Eλ 2m v d =. (4) 2m π kt Ako s uvd srdnja aritmti~ka vrdnost brzin lktrona 8kT v =, (5) πm izraz za srdnju brzinu usmrnog krtanja lktrona dobija sld}i oblik: 2 λ λ1 E 2 v d = E =, (6) π mv mv p π gd j λ 1 srdnji slobodni put na jdini~nom pritisku, a p j pritisak gasa. Iz izraza (6) sldi da j pokrtljivost lktrona v d 2 λ µ = = 1 (7) E π mv konstanta za dati gas na datoj tmpraturi. Ovo j ta~no samo za slaba lktri~na polja kada su brzin lktrona blisk trmalnim brzinama na tmpraturi gasa. Ovo bi trbalo da bud ta~no samo u slu~aju ako vrdnost E/p n prlazi 10-2 V/(mPa). Obzirom da su vrdnosti E/p prakti~no u svakom ralnom slu~aju v}, mora da s nadj nrgija koju imaju slobodni lktroni i njihova tmpratura. U ovom slu~aju s za usmrnu brzinu lktrona dobija sld}i izraz 1 2 3 λ 4 1 δ E v d =, (8) 2 π m p gd δ prdstavlja do prdat nrgij atomu od stran lktrona δ=2m/m, gd j m masa lktrona, a M masa atoma ili molkula sa kojim s lktron sudara. Pokrtljivost lktrona u ovom slu~aju nij konstantna, v} zavisi od lktri~nog polja kao E -1/2 v 2 = d λ δ µ = 4. (9) E 3 πme Prtpostavljaju}i Maksvlovu raspodlu brzina lktrona mo` s izraziti tmpratura lktrona znaju}i da j kinti~ka nrgija 2 mv 3 W = = kt. (10) 2 2 Vrdnost tmpratur lktrona j prma tom 1 Eλ 1 λ E T = =. (11) 6δ k 6δ k p 1 2 4

Eksprimntalna mrnja pokazuju da formul (8), (9), (10) i (11) daju dobr vrdnosti brzin drifta, pokrtljivosti i tmpratur lktrona. 2.2. USMERENO KRETANJE JONA U GASU Usmrno krtanj jona u gasu pod djstvom lktri~nog polja ima principijlno isti karaktr kao u slu~aju lktrona. Mdjutim, zbog vlik mas jona, mo` s uzti da su sudari sa molkulima gasa prakti~no uvk lasti~ni, ~ak i kod jakih lktri~nih polja. Po{to j tmpratura jona u lktri~nom pra`njnju uglavnom manja od tmpratur lktrona, a njihova masa j mnogo v}a, njihov trmaln brzin su mnogo manj od brzin lktrona. Usld rlativno sporog krtanja jona u blizini molkula dolazi do njihov polarizacij. Zbog intrakcij jona sa molkulima trtman usmrnog krtanja jona j druga~iji. Korist}i toriju o fktu indukovanja dipola u molkulima koju su dali Tomson i Lan`vn za pokrtljivost jona dobija s kona~an izraz 1 2 ε 2 0 π µ j =, (12) 3ρ( ε r 1) gd j ρ = Mn gustina gasa i ε r = 1+ η rlativna dilktri~na propustljivost, dok j P η lktri~na suscptibilnost ( η =, P intnzitt vktora polarizacij). E ε 0 2.3. ELEKTRI^NA PROVODNOST Elktri~na provodnost jonizovanog gasa s mo` izraziti prko lktronsk i jonsk pokrtljivosti. Elktroni i joni driftuju u suprotnim smrovima i doprinos ukupnoj gustini struj j j = j + j = n v + n v (13) j d Kada su koncntracij lktrona i jona jdnak ( n = ni = n ) sldi: j = j + j = n v + v ) = ne( µ + µ ), (14) i i dj ( d dj j a lktri~na provodnost gasa j σ = j E = n( µ + µ ) (15) / j Ako s uzm u obzir da j µ >> µ j, provodnost j pribli`no jdnaka σ = nµ (16) 3. NESAMOSTALNO PRA@NJENJE I ELEKTRI^NI PROBOJ Kao {to j r~no na po~tku, usld kosmi~kog zra~nja i prirodn radioaktivnosti okolin, u atmosfrskom vazduhu nastaj oko 10 lktron-jonskih parova u kubnom santimtru u skundi. U odsustvu lktri~nog polja uspostavlja s ravnot`a izmdju brzin stvaranja i nstajanja nalktrisanih ~stica u gasu. Ako s na gasnu cv na niskom pritisku sa parallnim lktrodnim sistmom (slika 1) priklju~i jdnosmrni napon U usld prisustva nalktrisanja u gasu, u kolu po~inj da t~ struja. Elktri~no polj j homogno i iznosi E=U/d, 5

U A Slika 1. gd j d mdjulktrodno rastojanj. Laganim podizanjm napona mo` s dobiti strujno-naponska karaktristika koja prdstavlja zavisnost struj u gasnoj cvi od priklju~nog napona na njoj (slika 2). Pri vrlo sporom porastu napona strujnonaponska karaktristika j stati~na, jr s pri svakoj vrdnosti napona uvk uspostavlja stacionarno stanj u gasu. Kada j za proticanj struj nophodno stvaranj nalktrisanih ~stica pomo}u spolja{njg izvora jonizacij (na primr osvtljavanjm ultraljubi~astom svtlo{}u), pra`njnj j nsamostalno. Na strujno-naponskoj karaktristici nsamostalnog pra`njnja (slika 2) mogu s uo~iti sld} oblasti: I-linarna oblast i zasi}nj, II-oblast sa pojavom jonizacij lktronskim udarom i III-oblast sa u~{}m procsa skundarn misij na katodi. Ov oblasti nsamostalnog pra`njnja nazivaju s Townsnd-ovim oblastima. i I II III Slika 2. U 3.1. LINEARNA OBLAST I ZASI]ENJE (OBLAST I) Ako j brzina stvaranja lktron-jonskih parova u prostoru izmdju lktroda 3 1 pod djstvom jonizuju}g zra~nja k i [ cm s ] (koficijnt jonizacij), onda } promna koncntracij lktrona ili jona u jdinici zaprmin biti dn 2 j = ki β n, (17) dt d gd j n = n = n i koncntracija lktrona i jona, β koficijnt brzin lktronjonsk rkombinacij (vrovatnoa rkombinacij pri susrtu jdnog lktrona i jdnog jona) i j ukupna gustina struj na lktrodama. U slu~aju ravnot` procsa nastajanja i nstajanja nalktrisanih ~stica, tj. kada j dn / dt = 0, odnosno n=const., prthodna jdna~ina prlazi u oblik 6

2 j k i = β n +. (18) d Za slaba lktri~na polja, kada j broj nalktrisanih ~stica koj nstaju na lktrodama mnogo manji od broja nstalih u rkombinacijama, drugi ~lan u jdna~ini (18) s mo` zanmariti u odnosu na prvi. Sldi da j koncntracija nalktrisanih ~stica tada stalna i zavisi samo od koficijnata jonizacij i rkombinacij, tj. k i n =. (19) β Smnom ovog izraza u izraz (15) dobija s da j ki j = ( µ + µ j ) E, (20) β {to j u su{tini Omov zakon koji daj linarnu zavisnost gustin struj od ja~in lktri~nog polja. Zbog vlik mas jona u odnosu na lktron, a za ist tmpratur, njihova pokrtljivost s mo` zanmariti u odnosu na pokrtljivost lktrona, tako da jdna~ina (20) dobija sld}i oblik ki j = µ E. (21) β Ovaj izraz opisuj pona{anj prvog dla kriv u oblasti T 1 u kom struja rast proporcionalno sa naponom. U slu~aju ja~ih polja, tj. za v} napon na lktrodama, gustina struj j v}a i prakti~no sv nalktrisan ~stic koj s stvor spolja{njom jonizacijom u~stvuju u prno{nju struj. Tada s mo` zanmariti broj ~stica nastalih rkombinacijom u odnosu na broj nutralizovanih na lktrodama tako da iz izraza (18) sldi da j gustina struj j = kid (22) kod datog intnzitta zra~nja ( j = const. ) j j konstanta i jdnaka struji zasi}nja j 0. U ovoj oblasti struja n zavisi od ja~in lktri~nog polja, njna vrdnost j odrdjna samo intnzittom spolja{njg jonizatora. Zbog toga s ovaj do karaktristik u oblasti I koristi pri mrnju intnzitta jonizuju}g zra~nja. Ovo j dakl oblast rada jonizacionih komora. 3.2. JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM (OBLAST II) Sa pov}anjm napona izmdju lktroda pov}ava s i ja~ina lktri~nog polja. Za dat uslov odrdjn vrstom i pritiskom gasa i za dovoljnu ja~inu polja, lktroni izmdju sudara mogu da dobiju dovoljnu nrgiju i da u sld}m sudaru izvr{ jonizaciju. To zna~i da } pod tim uslovima koncntracija lktrona da s pov}a i da } s njihov broj od katod do anod pov}avati u obliku lavin. Za opisivanj ovog procsa Townsnd j uvo koficijnt jonizacij lktronskim udarom α, koji prdstavlja broj jonskih parova koj stvara lktron po jdinici du`in puta driftuju}i ka anodi. On s takodj naziva prvim Townsnd-ovim koficijntom, a procs jonizacij lktronskim udarom α -procsom. Porast broja lktrona dn pri prolasku rastojanja dx ka anodi iznosi dn = αn dx (23) Prtpostavi} s da jonizacioni agns oslobadja lktron sa katod procsom fotofkta, a da s jonizacija gasa ovim agnsom mo` zanmariti. Ako j broj lktrona koji polaz sa katod po jdinici povr{in u jdinici vrmna, intgracija n 0 7

jdna~in (23) u granicama od 0 do d (d mdjulktrodno rastojanj) daj broj lktrona koji u jdinici vrmna sti` na jdinicu povr{in anod: n = n0. (24) Pov}ana gustin struj s mo` izraziti na sld}i na~in j = j, (25) j 0 0 gd j struja saturacij lktrona mitovanih fotofktom sa katod. Sv navdn zakonitosti va` pod prtpostavkom da s zanmari nstajanj lktrona rkombinacijom i difuzijom. Odnos n j i = = =, (26) n0 j0 i0 naziva s koficijnt multiplikacij lktrona u prostoru izmdju lktroda. Ako s mri struja pri razli~itim rastojanjima d, a pri konstantnom α odnosno konstantnom E i p, iz nagiba ln( i / i 0 ) = mo` s odrditi α. Ovakav postupak j primnljiv pri slabim homognim poljima kada s pozitivno prostorno nalktrisanj mo` zanmariti. Za analiti~ko opisivanj zavisnosti koficijnata α od odnosa E/p koristi s Townsnd-ova smi-mpirijska formula: α / p = Axp( Bp / E), (27) gd su A i B konstant za dati gas i odrdjuju s fitovanjm ksprimntalnih podataka. 3.3. U^E[]E SEKUNDARNE EMISIJE NA KATODI (OBLAST III) Kod v}ih napona izmdju lktroda po~inju da s javljaju i fkti vzani za jon. Zahvaljuju}i ja~im lktri~nim poljima joni sti~u dovoljnu nrgiju da oslobod skundarn lktron iz katod i da jonizuju nutraln atom ili molkul. Po{to jonizacija sudarom jona sa molkulima postaj zna~ajna tk za nrgij jona oko 1000 V, ovaj s procs u v}ini slu~ajva mo` zanmariti u odnosu na oslobadjanj lktrona iz katod. Ako s uzm u obzir da pozitivni joni dovod do oslobadjanja skundarnih lktrona sa katod onda s za broj lktrona koji u jdinici vrmna sti` na jdinicu povr{in anod mo` izraziti na sld}i na~in = n n0, (28) α 1 γ ( d 1) gd j q = γ [xp( ) 1] koficijnt lavinskog umno`avanja (multiplikacij). Originalna Townsnd-ova torija j izvdna kori{}njm koficijnta skundarn misij pozitivnim jonima γ i koji prdstavlja broj skundarnih lktrona mitovanih po jdnom pozitivnom jonu pristiglom na katodu. Procsi skundarn misij mogu biti izazvani i drugim mhanizmima (fotofktom, udarom mtastabilnih stanja itd.) i u tom slu~aju u gornjm izrazu trba koristiti fktivni koficijnt skundarn misij γ. f Pov}anj gustin struj s mo` izraziti na sld}i na~in: = j j0. (29) α 1 γ ( d 1) 8

Struja pra`njnja u ovom slu~aju j ja~a zbog γ procsa, ali jo{ uvk j proporcionalna struji zbog spolja{njg jonizatora j 0. To zna~i da kada s ukloni spolja{nji izvor jonizacij, struja prstaj da t~. Faktor multiplikacij u ovom slu~aju j n i j = = =. (30) n i j 1 γ ( 1) 0 0 0 4. ELEKTRI^NI PROBOJ U GASU I PASCHEN-OV ZAKON Uklanjanjm spolja{njg izvora jonizacij kada s pra`njnj vr{i u jdnoj od Townsnd-ovih oblasti dolazi do trnutnog prstanka toka struj. Pov}anj napona na lktrodama prko granic tr} Townsnd-ov oblasti prouzrokuj nagli porast struj i prlaz iz nsamostalnog u samostalno pra`njnj. Kada s to dogodi, struja nastavlja da t~ i posl uklanjanja spolja{njg jonizatora. Uzimaju}i da u trnutku proboja struja naglo porast, tj. da gustina struj j, iz jdna~in (29) sldi uslov za proboj odnosno 1 γ ( 1) = 0, (31) γ ( 1) = 1. Iz ov zadnj formul sldi fizi~ki smisao uslova za proboj. Faktor u zagradi j broj jona koj u multiplikovanim procsima stvori jdan lktron na putu od katod do anod. Taj faktor pomno`n sa γ j broj novih lktrona koj ti joni izbiju sa katod. Po kritrijumu (32) taj broj trba da bud jdnak 1, {to zna~i da uslov proboja zahtva da svaki lktron koji podj sa katod, multiplikovanim procsima obzbdi stvaranj jdnog novog lktrona na katodi. U tom slu~aju s obzbdjuj kontinuitt stvaranja nalktrisanih ~stica nzavisno od postojanja spolja{njg izvora. Iz uslova (31) sldi da j 1+ γ = (33) γ odnosno 1+ γ = ln. (34) γ Uvod}i u izraz za Townsnd-ov koficijnt α (izraz (28)), vrdnost lktri~nog polja, u slu~aju proboja, tj. E d, gd j U napon pri kom nastaj p = U p / p samostalno pra`njnj (probojni napon), dobija s posl mno`nja sa d Bpd α d = paxp( ) d. (35) U Izjdna~avaju}i dsn stran izraza (34) i (35) i logaritmuju}i dobija s Bpd 1 1+ γ = ln[ ln ] U pda γ p p odakl sldi izraz za probojni napon Bpd U p = (37) A ln[ pd] ln(1 + 1/ γ ) (32) (36) 9

Kriv probojnog napona u zavisnosti od proizvoda pd imaju minimum i poznat su pod nazivom Paschn-ov kriv. Paschn-ov kriv za nkoliko gasova prikazan su na slici 3 (ubaciti sliku). Slika 3. Razlog postojanja minimuma l`i u ~injnici da j broj molkula izmdju lktroda proporcionalan proizvodu pd. U slu~aju malih pritisaka, srdnji slobodni put j vliki, ali j broj sudara, pa i jonizuju}ih sudara, mali. Prma tom da bi s obzbdila v}a fikasnost jonizacij dovoljna za proboj, potrban j napon utoliko v}i, utoliko j manji pritisak. Da bi s odrdila minimalna vrdnost probojnog napona ( i U p ) min odgovaraju} vrdnosti proizvoda ( pd) min, potrbno j difrncirati izraz (37) po pd i izjdna~iti sa nulom. Nalazi s da j u tom slu~aju ln[ A ( pd)] 1 ln(1 + 1/ γ ) = (38) Iz jdna~in (37) prma tom sldi da j ( U p ) = B( pd (39) min ) min Kako j iz izraza (38) ln(1 + 1/ γ ) ( pd) min = (40) A to s za minimalni probojni napon dobija B ( U p ) min = ln(1 + 1/ γ ), (41) A gd j osnova prirodnog logaritma (=2.718). 5. VREME KA[NJENJA ELEKTRI^NOG PROBOJA Do lktri~nog proboja u gasovima n dolazi odmah posl priklju~nja napona na lktrod gasn cvi, v} posl odrdjnog vrmna i ono s naziva vrmnom 10

ka{njnja lktri~nog proboja. Pokazalo s da j ono, kao i probojni napon, vli~ina statisti~kog karaktra. Vrm ka{njnja lktri~nog proboja (t d ) s mo` dfinisati kao vrm od momnta priklju~ivanja napona na gasnu cv v}g od probojnog napona (slika 4) do nastanka proboja, tj. dostizanja vrdnosti struj zadat uslovima mrnja. Sastoji s iz statisti~kog vrmna ka{njnja ( ) i vrmna formiranja pra`njnja ( t f ) (slika 4). U t s U w I z t s Slika 4. Statisti~ko vrm ka{njnja prdstavlja vrm od momnta priklju~nja napona na lktrod gasn cvi do momnta pojav inicijalnog lktrona koji } izazvati proboj. Karaktri{ ga struja u cvi u opsgu rda 10-19 -10-8 A sa fluktuacijama istog rda vli~in. Vrm formiranja pra`njnja prdstavlja vrm porasta struj od pojav usp{nog inicijalnog lktrona do uslovima mrnja zadat vrdnosti. t d t f t 6. SAMOSTALNO PRA@NJENJE Kada j napon na lktrodama dovoljno vliki, nsamostalno pra`njnj prlazi u samostalno. Sam prlaz izmdju nsamostalnog i samostalnog pra`njnja j dosta nodrdjn i odigrava s u trnutku kada struja postign ja~inu rda 10 µ A. Oblast samog prlaza odgovara tzv. subnormalnom tinjavom pra`njnju, {to s mo` zapaziti sa slik 5. Sa daljim pov}anjm ja~in struj, pra`njnj prlazi u oblast normalnog tinjavog pra`njnja (10-5 -10-2 A) koja s karaktri{ konstantnom vrdno{}u napona izmdju lktroda. Sa daljim pov}anjm ja~in struj napon ponovo po~inj da rast i pra`njnj prlazi u abnormalno tinjavo pra`njnj. Pov}anj struj do ja~in rda 10-1 A izaziva nagli prlaz u oblast lu~nog pra`njnja u kom napon na lktrodama opada sa pov}anjm ja~in struj. 11

Slika 5. 7. STRIMERNO PRA@NJENJE Pri vlikim lktri~nim poljima (oko 3 10 4 V / cm ) u vazduhu koji s nalazi na normalnom atmosfrskom pritisku javlja s pra`njnj u obliku varnic. Varnica ima oblik vrlo svtlog, krivudavog i razgranatog kanala-strimra. Strimr, prko koga id formiranj varnic, povzuj oblasti (ta~k) u gasu sa razli~itim potncijalima. U toku formiranja lktri~n varnic, gas u svtlom kanalu karaktri{ vlika lktri~na provodnost. Zbog toga tmpratura u kanalu mo` da narast na hiljadu do nkoliko dstina hiljada stpni. Usld razli~it tmpratur u kanalu i van njga gas s naglo {iri {to izaziva pucktanj ili prasak. Pri kojm naponu } s pojaviti varnica zavisi od rastojanja izmdju lktroda i pritiska gasa, zatim od vrst gasa kao i oblika i vli~in lktroda. Usld naglog pra`njnja kroz gas napon obi~no opadn u vlikoj mri t prstaj fkat udarn jonizacij i varnica s gasi. Varni~no pra`njnj j uslovljno lavinom lktrona i jona, koju izaziva udarna jonizacija, fotojonizacija i izbijanj lktrona sa katod. 8. PRA@NJENJE U OBLIKU KORONE Korona j spcijalna vrsta pra`njnja u nhomognom lktri~nom polju. Javlja s u vazduhu i u drugim gasovima u blizini vrhova i izbo~nih povr{ina lktroda i du` `ica kada s nalaz na visokim potncijalu u odnosu na svoju okolinu. Kod lktrodnih sistma javlja s uvk oko on lktrod u ~ijoj s blizini nalazi ja~ polj. Takv lktrod s nazivaju aktivn. Elktrod sa slabijim poljm u okolini su pasivn i slu` kao kolktor. Korona mo` biti pozitivna i ngativna {to zavisi od toga uz koju s lktrodu vr{i pra`njnj. Ako j aktivna lktroda na pozitivnom potncijalu formira} s pozitivna korona, u protivnom nastaj ngativna korona. U mdjuprostoru izmdju lktroda razlikuju s dv oblasti, jdna u nposrdnoj blizini aktivn lktrod u 12

kojoj j gustina polja vlika i druga, oblast slabog polja, u nastavku do pasivn lktrod. U prvoj oblasti vr{i s jonizacija gasa zbog ~ga j nazvana jonizaciona oblast ili zona. Pra`njnj u oblasti koron j odrdjno oblikom polja, vrstom gasa, pritiskom, tmpraturom i drugim uslovima. Ono s manifstuj kao svtlucanj raznih boja u okolini aktivn lktrod i zavisi od srdin. Ponkad s javlja zvu~ni signal u obliku {u{tanja i krckanja u blizini lktroda sa malim radijusom. Osnovni procsi u pra`njnju u obliku koron su vzani za α i γ procs Townsnd-ovog pra`njnja. Ovo s odnosi kako na jdnosmrnu koronu tako i na koronu u naizmni~nom polju nisk frkvncij. 13