Рассмотрим промежуток между двумя электродами, к которому приложено напряжение от внешнего источника Промежуток заполнен газом, плотность которого достаточно высока (атмосферное или пониженное давление). Несамостоятельный разряд это — протекание тока через промежуток, существующее только при внешней ионизации газа.

В газе всегда имеются зараженные частицы, возникающие вследствие ионизации атомов и молекул космическим излучением. Выбитые из атома электроны достаточно быстро прилипают к ионам, в результате чего в результате каждого акта ионизации образуется пара «положительный ион - отрицательный ион», а до прилипания кратковременно существует пара «электрон-положительный ион». Противоположно заряженные частицы могут рекомбинировать между собой, снова образуя нейтральные частицы. В стационарном режиме в газе в среднем всегда существует определенное число заряженных частиц, которые и являются носителями тока в газовом промежутке. Поскольку мы говорим о достаточно плотном газе, в котором заряженные частицы постоянно стакиваются с нейтральными частицами, они не могут постоянно ускоряться, как при движении в вакууме, и приобретают в электрическом поле $E$ постоянную для каждого вида частиц скорость дрейфа $$v_{\pm}=\pm b_{\pm}E,$$ где $b$ — константа, называемая подвижностью, а $E$ — локальная величина электрического поля (это можно представить себе как движение тела, к которому приложена постоянная сила, в среде с трением, сила которой растет при увеличении скорости движения). Скорость дрейфа направлена вдоль поля для положительных частиц и в обратную сторону для отрицательных.

Вычислим ток в промежутке, учитывая, что в нем имеются только положительные и отрицательные ионы и что их плотность мала, то есть вероятностью рекомбинации положительных и отрицательных ионов можно пренебречь. В этом случае вектор плотности тока в промежутке можно записать таким образом $$ j=\sum j = en_+v_+-en_-v_-, $$ где учтено, что заряды $q_+=e$, а $q_-=-e$ (появление многозарядных ионов практически исключено). Подставляя одно выражение в другое получим $$ j= e(n_+b_+ + n_-b_-)E. $$ Запомним, что, хотя отрицательные заряды движутся в сторону, противоположную направлению вектора электрического поля, они вносят положительный вклад в величину плотности тока, поскольку их заряд отрицательный. Полный ток между параллельными электродами равен $I=jS$, где $S$ — площадь сечения промежутка.

Посмотрим теперь на электрическую цепь, показанную на рис. Если в цепи течет ток $I$, то $$ \varepsilon = IR+El=I(R+\frac 1{eS(n_+b_+ + n_-b_-)})=I(R+R_{промежутка}), $$ где $l$ — длина газового промежутка. В условиях поддержания разряда слабым внешним источником (источник альфа-частиц) число носителей заряда в газе очень мало, и сопротивление цепи практически равно сопротивлению промежутка. Тогда падение напряжения между электродами будет практически равно ЭДС источника $U=El=\varepsilon $.

Начнем теперь повышать напряжение источника. Сначала это приведет к росту напряженности поля в промежутке, а, значит, к увеличению скорости дрейфа и линейному росту тока вцепи. Рано или поздно ток возрастет настолько, что падением сопротивления на сопротивлении пренебрегать будет нельзя, и падение напряжения будет перераспределяться между резистором и промежутком. Но, возможно, к этому времени разряд из несамостоятельного превратится в самостоятельный.

Назад к Электрический ток в газах или далее Электронные лавины и пробой газа