Elektronskred - Electron avalanche
Et elektronskred er en prosess der et antall frie elektroner i et overføringsmedium utsettes for sterk akselerasjon av et elektrisk felt og deretter kolliderer med andre atomer i mediet og derved ioniserer dem ( slagionisering ). Dette frigjør ytterligere elektroner som akselererer og kolliderer med ytterligere atomer, og frigjør flere elektroner - en kjedereaksjon . I en gass får dette den berørte regionen til å bli et elektrisk ledende plasma .
Skredeffekten ble oppdaget av John Sealy Townsend i sitt arbeid mellom 1897 og 1901, og er også kjent som Townsend-utslippet .
Elektronskred er essensielle for den dielektriske nedbrytningsprosessen i gasser. Prosessen kan kulminere i utslipp av korona , streamere , ledere eller i en gnist eller kontinuerlig lysbue som fullstendig bygger bro over gapet mellom de elektriske lederne som bruker spenningen. Prosessen strekker seg til store gnister - streamere i lynutslipp forplanter seg ved dannelse av elektronskred skapt i høypotensiell gradient foran streamers 'fremrykkende tips. Når det er begynt, blir skred ofte forsterket av dannelsen av fotoelektroner som et resultat av ultrafiolett stråling som sendes ut av det eksiterte mediet atomer i akterspidsområdet.
Prosessen kan også brukes til å oppdage ioniserende stråling ved å bruke gassmultiplikasjonseffekten av skredprosessen. Dette er ioniseringsmekanismen til Geiger – Müller-røret og i begrenset grad av proporsjonaltelleren og brukes også i gnistkamre og andre ledningskamre .
Analyse
Et plasma begynner med en sjelden naturlig "bakgrunns" ioniseringshendelse av et nøytralt luftmolekyl, kanskje som et resultat av lyseksitasjon eller bakgrunnsstråling . Hvis denne hendelsen inntreffer i et område som har en høy potensialgradient , vil det positivt ladede ionet bli sterkt tiltrukket mot, eller frastøtt fra, en elektrode avhengig av polariteten, mens elektronet vil bli akselerert i motsatt retning. På grunn av den enorme masseforskjellen akselereres elektroner til en mye høyere hastighet enn ioner.
Elektroner med høy hastighet kolliderer ofte med nøytrale atomer uelastisk, og noen ganger ioniserer de. I en kjedereaksjon - eller et 'elektronskred' - ekstra elektroner som nylig er skilt fra deres positive ioner med den sterke potensialgradienten, forårsaker at en stor sky av elektroner og positive ioner blir generert øyeblikkelig av bare en enkelt innledende elektron. Imidlertid blir frie elektroner lett fanget opp av nøytrale oksygen- eller vanndampmolekyler (såkalte elektronegative gasser) og danner negative ioner. I luften ved STP eksisterer gratis elektroner i bare omtrent 11 nanosekunder før de blir fanget. Fangede elektroner blir effektivt fjernet fra spill - de kan ikke lenger bidra til skredprosessen. Hvis elektroner blir skapt med en hastighet som er større enn de går tapt for å fange, multipliserer antallet raskt, en prosess preget av eksponentiell vekst . Graden av multiplikasjon som denne prosessen kan gi er enorm, opptil flere millioner ganger avhengig av situasjonen. Multiplikasjonsfaktoren M er gitt av
Der X 1 og X 2 er posisjonene som multiplikasjonen måles mellom, og α er ioniseringskonstanten. Med andre ord vil ett fritt elektron i posisjon X 1 resultere i M frie elektroner i posisjon X 2 . Å erstatte spenningsgradientene i denne ligningen resulterer i
Der V er den påførte spenningen, er V BR nedbrytningsspenningen og n er en empirisk avledet verdi mellom 2 og 6. Som det kan sees av denne formelen, er multiplikasjonsfaktoren veldig avhengig av den påførte spenningen, og når spenningen nærmer seg nedbrytningsspenningen til materialet, multiplikasjonsfaktoren nærmer seg uendelig og den begrensende faktoren blir tilgjengeligheten av ladebærere.
Lavine-næring krever et reservoar av ladning for å opprettholde den påførte spenningen, samt en kontinuerlig kilde til utløsende hendelser. En rekke mekanismer kan opprettholde denne prosessen, og skape skred etter skred, for å skape en koronastrøm . En sekundær kilde til plasmaelektroner er påkrevd da elektronene alltid akselereres av feltet i en retning, noe som betyr at skred alltid går lineært mot eller bort fra en elektrode . Den dominerende mekanismen for dannelse av sekundære elektroner avhenger av polariteten til et plasma. I begge tilfeller brukes energien som sendes ut som fotoner av det første skredet til å ionisere et nærliggende gassmolekyl og skape et annet akselererbart elektron. Det som skiller seg er kilden til dette elektronet. Når ett eller flere elektronskred forekommer mellom to elektroder av tilstrekkelig størrelse, kan det oppstå fullstendig snøskrednedbrudd , som kulminerer i en elektrisk gnist som bygger bro over gapet.