Dujų elektrinis laidumas. Jonizacija ir jonų rekombinacija. Jonų griūtis
Dujos, kuriose nėra elektringų dalelių, yra neblogi izoliatoriai. Tik jonizuotos dujos pasidaro laidžios, nes tada jose atsiranda krūvininkai: teigiamieji bei neigiamieji jonai ir elektronai. Taigi kad dujos taptų laidžios, būtinas išorinis poveikis (aukšta temperatūra, ultravioletiniai ar Rentgeno spinduliai ir t. t.). Jei elektrinis laukas nestiprus, tai srovė dujose nutrūksta, kai tik dingsta išorinis jonizuojantis poveikis. Toks dujų laidumas vadinamas nesavaiminiu.
 |
Jei elektrinis laukas stiprus, jis pats jonizuoja dujas, ir jos pasidaro laidžios. Šis dujų laidumas vadinamas savaiminiu.
Panagrinėkime dujų nesavaiminį laidumą nuosekliau. Tarkime, uždarame vamzdyje su dviem laidžiais elektrodais yra dujos (77 pav.).
Pažymėkime: l – atstumas tarp elektrodų, S – elektrodo plotas, r – rekombinacijos koeficientas, n – vieno ženklo jonų tankis (tariame, kad teigiamų ir neigiamų jonų yra po lygiai), q – jono krūvis, j – srovės tankis, x – jonų sukūrimo tūrio vienete sparta
Jonų skaičiaus vamzdyje kitimą aprašo lygtis
(4.30)
Šios lygties dešinės pusės pirmasis narys išreiškia per laiko vienetą jonizatoriaus sukuriamų jonų skaičių vamzdyje, antrasis – rekombinuojančių jonų skaičių, o trečiasis – pasiekiančių elektrodus ir virstančių neutraliomis molekulėmis jonų skaičių.
(4.30) galime suprastinti padaliję iš vamzdžio tūrio lS:
(4.31)
Esant pusiausvyrai 
taigi
(4.32)
Panagrinėkime (4.32) lygties atskirus atvejus.
1) Elektrodus pasiekiančių jonų skaičius mažas lyginat su rekombinuojančių jonų skaičiumi, t. y.
Tuo atveju (4.32) lygtyje atmetę trečiąjį narį nustatome, kad
nepriklauso nuo lauko stiprio, t. y. galioja Omo dėsnis, pagal kurį (žr. (3.30) ir (3.38))
(4.33)
2) Elektrodus pasiekiančių jonų skaičius daug didesnis už rekombinuojančių jonų skaičių, t. y.
Šiuo atveju atmetę (4.32) antrąjį narį gauname, kad srovės tankis
(4.34)
 |
tuo pačiu ir srovės stipris I=jS yra pastovūs. Ši srovė vadinama soties srove.
Srovės tankio priklausomybės nuo elektrinio lauko stiprio diagrama parodyta 78 pav. Joje punktyrinė kreivė vaizduoja savaiminės srovės tankį.
Savaiminis dujų laidumas pasireškia tada, kai dujose esantys elektronai prieš rekombinuodami su dujų jonais suspėja tiek pagreitėti, kad savo smūgiais jonizuoja dujų molekules. Šis reiškinys dažnai vadinamas jonų griūtimi. Jonų griūtis prasideda tada, kai elektrono energija, įgyjama laisvojo kelio ilgyje l, pasidaro ne mažesnė už jonizacijos energiją W:
(4.35)
 |
Jonų griūties susidarymo schema pavaizduota 79 pav. Jame mažesnieji neigiamai įelektrinti rutuliukai vaizduoja elektronus, o didesnieji neutralūs – dujų atomus. Kad savaiminė srovė nenutrūktų, dujose prie katodo nuolat turi atsirasti kad ir nedidelis elektronų skaičius, nes elektronai pasiekia anodą. Taigi būtinas pašalinis jonizatorius, išmušantis iš katodo elektronus, pavyzdžiui, ultravioletiniai spinduliai, kurie 79 pav. pavaizduoti rodyklėmis. Nesant pašalinio jonizatoriaus, kai laukas pakankamai stiprus, elektronus iš katodo gali išmušti ir jį bombarduojantys teigiamieji dujų jonai. Toks reiškinys vadinamas antrine elektronų emisija iš katodo.