1.2 кесте.Оң және теріс иондар үшін диффузия коэффициенті, см2/сек
Газ
|
Aya
|
H2
|
N2
|
CO2
|
O2
|
D+
|
0.032
|
0.13
|
0.029
|
0.025
|
0.030
|
D-
|
0.042
|
0.19
|
0.041
|
0.026
|
0.041
|
Электрондар үшін D мәндері біршама үлкен және электр өрісі кернеулігінің қысымға қатынасына E/p тәуелді. Атмосфералық қысым кезінде СО2-да электрондар үшін диффузия коэффициенті E/p=2 в/(см мм сын бағ) кезінде 49-дан E/p=16 в/(см мм сын бағ) кезіндегі 2500 см2/сек дейін өзгереді. Сутегі, аргон және азоттағы электрондардың диффузия коэффициентінің E/p қатынастарына байланысы өте әлсіз. Осыған байланысты аргонда E/p қатынасының 0.1-ден 15 в/см мм сын бағ- дейін өзгеруі кезінде D≈104 cм2/сек, ал сутегіде E/p 0.25-тен 50 в/(см мм сын бағ) дейін өзгеруі кезінде D 320-дан 2500 см2/сек дейін өзгереді. Мұнда келтірілген диффузия коэффициентерінің мәндері 760 мм сын бағ –на тең газ қысымдары үшін берілген [4].
Рекомбинация. Оң және теріс иондардың соқтығысуы және оң иондар мен электрондардың соқтығысуы кезінде бейтарап атомдар мен молекулалардың түзілуі процестері иондар мен электрондардың рекомбинациясы деп атайды. Бөлшектер рекомбинациясының мүмкіндігі олардың салыстырмалы жылдамдығына тәуелді болып келеді: жылдамдық төмен болса, онда рекомбинация ықтималдығы артады. Егерде көлем бірлігінде бірлік уақытта өтетін рекомбинация акттерінің санын dn/dt деп белгілесек, онда рекомбинация коэффициентін пайдалана отырып, келесі қатынасты жазуға болады:
 , (1.3)
Мұндағы а- рекомбинация коэффициенті (см3/сек), n+, n- -көлем бірлігіндегі зарядтардың тығыздығы. Қарастырылатын көлемдегі зрядтардың таралуы біртекті болса, рекомбинация коэффициенттері электрондар үшін шамамен 10-10 см3/сек, иондар үшін 10-6 см3/сек шамаларымен бағалайды. Айта кетерлік бір жайт, рекомбинация коэффициентерінің шамалары газдың түріне және иондар мен электрондардың орташа энергиясына тәуелді болып келеді.
Егерде t=0 мезетте берілген көлемде туындаған зарядтардың тығыздығы n+=n-=n0 бірдей болса және олардың жойылуы тек рекомбинация есебінен ғана болса, онда (1.3)-қатынасынан уақыт бойынша зарядтар тығыздықтарының таралуының өрнегін табуға болады:
n+(t)=n-(t)=n0(t)= (1.4)
Егер камерадағы зарядтардың жинақталу уақыты және рекомбинация есебінен зарядтардың жойылуы берілген болса, бұл қатынастан ионизация тығыздығының шамасын есептеуге болады. Егер зарядтардың жинақталу уақыты 10-3 сек, рекомбинация есебінен шығындар 10% аспайды деп есептесек, an0 ≤ 102 болатындығын көреміз. Мұның өзі оң және теріс иондардың концентрациясы 108 см-3, ал оң иондар мен электрондардың концентрациясы 1012 см-3 шамалардан төмен болмауы қажеттігін көрсетеді.
Келтірілген есептеулер көрсеткендей рекомбинация процесі электрлік теріс иондардың түзілу ықтималдығы жоғары болған жағдайда ғана маңызға ие болады. Шынында да айта кетерлік бір жайт, ауыр зарядталған бөлшектермен иондалу кезінде зарядтардың тығыздығы бастапқы моментте орасан зор болады және сол себепті зарядтардың көлем бойынша біртекті таралуы жайлы ұсыныс бұл жерде қолданылмайды. Интенсивтілігі онша үлкен емес α-сәулелену кезінде рекомбинация процесіне тек трек ішіндегі иондардың рекомбинациясы ғана орасан зор үлес қосады.
1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы.
Сыртқы электр өрісі болмаған жағдайда, ионизация нәтижесінде түзілген электрондар мен иондар диффузияланады. Олардың өмір сүру уақыты (шексіз көлемде) рекомбинация процесімен анықталады. Егер газды камераны сыртқы электр өрісіне орналастыратын болсақ бұл процесс басқаша түрде болады. Өріс кернеулігі жеткілікті деңгейде үлкен болса,зарядтар электрод бағыты мен қозғалады. Зарядтардың бұл қозғалысы камерада және сыртқы электр тізбегінде ток тудырады. Ток тығыздығының шамасы
j=j++j-, ( 1.5)
Мұнда j+ және j- - оң және теріс иондардың қозғалуымен байланысты ток компоненттері . Иондардың рекомбинациясы мен олардың диффузиясы j+ және j- шамаларын төмендетеді. Егерде диффузия мен рекомбинацияны ескермесек, ток тығыздығын өрістің күштік сызықтарының өн бойындағы зарядтар қозғалысының орташа жылдамдықтары W+ және W- арқылы өрнектеуге болады. Бұл орташа жылдамдықтар дрейф жылдамдықтары деп аталады.
j+=n+eW+ , j-=n-eW-, (1.6)
Мұндағы n+ және n- -көлем бірлігіндегі иондар мен электрондардың cаны.
Өрістегі зарядтар дрейфін барынша нақты қарастырып өту қажет. Газ көлемі арқылы зарядталған бөлшектер өтіп, еркін электрондар мен иондар түзсін делік. Егер сыртқы өріс болмаса, онда соқтығысулар арасында иондар мен электрондар түзу сызықты қозғалыста болады. Олардың қозғалыстарын уақыт бірлігіндегі соқтығысулардың орташа саны ν, орташа жүру жолы λ және жылулық қозғалыстардың орташа жылдамдығы υ арқылы сипаттауға болады. Шынында да λ=υ⁄ν электр өрісі болған жағдайда, соқтығысулар арасында иондардың қозғалысына өріс әсер ететін болады. Сондықтан олардың траекториясы парабола түрінде болады [7].
Егер әрбір соқтығысу кезінде fE шамасына тең энергия мөлшерін жоғалтатын болса ( Е-ионның кинетикалық энергиясы), онда ∆t уақыт ішінде шығындар νfE∆t шамасын құрайды. Энергия шығындары өрістің әсерінен алынған энергиядан төмен болса, иондардың энергиясы өсе береді. Энергияның шығындалуы ионның кинетикалық энергиясына тура пропорционал болғандықтан энергияның өсуімен шығындалуы теңеліп, тепе-теңдік күй туындауы мүмкін. Тепе-теңдіктің қаншалықты тез орнығуы бір соқтығысуы кезінде жоғалатын энергия үлесіне f-ке тәуелді. Ауыр иондар үшін әрбір соқтығысу кезінде энергияның жартысы жоғалады деп есептеуге болады. Сол себепті ауыр иондар үлкен кинетикалық энергияға ие бола алмайды және электр өрісі, олардың қозғалысын сипаттайтын υ және λ орташа шамаларын өте аз өзгертеді. Электрондар болса керісінше, бір соқтығысу кезінде өз энергиясының аз үлесін жоғалтады.
Күйдің тепе-теңдігін және ион энергиясының өріс кернеулігіне тәуелділігі әлсіз байланыста екендігін ескеріп, дрейф жылдамдығы өріс кернеулігіне тура, газ қысымына кері пропорционал екендігін анықтаймыз. W+=μ+E/p, мұндағы μ+- иондардың қозғалғыштығы. Иондардың қозғалғыштығы өрістің бірлік кернеулігі және бірлік қысымдағы дрейф жылдамдығына тең шама. Орташа жылдамдық ионға әсер етуші eE/M күшпен және оның әсер ету орташа уақытымен анықталады( мұндағы-М ион массасы). Екі соқтығысулар арасындағы орташа уақыт орташа еркін жүру жолына тура, ал жылулық қозғалыстың орташа жылдамдығына кері пропорционал, яғни
W= (1.7)
Жоғарыда аталып өткендей, ауыр иондардың энергиясы электр өрісінің әсерінен өте аз өзгеретеді, Демек υ және λ шамаларды өрістің кернеулігіне тәуелсіз деп есептеуге болады. μ=eλ0/Mυ деп белгілесек
W=μ (1.8)
(1.6) және (1.7)- қатынастарын және иондардың кинетикалық энергиясы мен температурасының арасындағы байланыстың E= екендігін ескеріп, иондардың қозғалғыштығымен диффузия коэффициенті байланыс өрнегін жазамыз:
Μ= (1.9)
Оң және теріс иондардың қозғалғыштығының шамалары бір-біріне жуық 1.3 – кестеде бірлік қысым мен өрістің бірлік кернеулігіне сәйкес оң иондардың қозғалғыштығының шамалары берілген.
Достарыңызбен бөлісу: |
