§ 3.3.1. Электрические явления в вакууме

Прохождение электрического тока через газы при приложении разности потенциалов связано с перемещением электронов и положительных ионов. При отсутствии электрического поля энергетическое распределение электронов ионов и нейтральных молекул одинаково.

Учитывая, что масса и диаметр электрона значительно меньше, чем у молекулы газа, формулу (1.44) можно упростить:

здесь n2 —концентрация молекул газа; dт2 — эффективный диаметр молекулы газа; Lэ — средняя длина свободного пути электронов.

Сравнивая (3.28) с формулой для определения средней длины свободного пути молекул газа (1.38), можно заметить, что длина свободного пути электронов не зависит от их концентрации, а при одной и той же концентрации молекул газа длина свободного пути электронов в 5,6 раза больше, чем у молекул газа или положительных ионов.

Ионизация молекул остаточных газов с образованием свободных электронов и положительных ионов возможна при воздействии на молекулу α-, β-, или γ-излучения с энергией, превышающей энергию ионизации соответствующих газов (табл. 3.4). Наиболее часто для ионизации остаточных газов используется электронная бомбардировка. Процесс ионизации остаточных газов характеризует эффективность ионизации молекул е, т. е. число пар ионов, образованных одним электроном на пути в 1 м при давлении 1 Па. Зависимость е от ускоряющего напряжения (рис. 3.4) имеет характерный максимум, соответствующий энергиям электронов 100...150 эВ. Молекулы с большим атомным числом имеют более высокие значения эффективности ионизации.

Под действием разности потенциалов U3 ионы и электроны дополнительно к тепловой энергии 3kT/2 получают энергию qU3, где q — элементарный заряд. Температура среды, сообщающая частицам энергию, равную энергии движения заряженных частиц, под воздействием электрического поля T=2qU3/(3k).

Можно подсчитать, что электроны, ускоренные разностью потенциалов 1 В, имеют такую же энергию, как при температуре 7800 К без электрического поля.