1. Kirish so‘zi. Asosiy tushinchalar va holatlar. O‘ta kuchlanish turlari va ularning paydo bo‘lishi

Mavzu №18:Bir jinslimas maydonlarda razryadlanish
va razryadlanish vaqti

Ma’ruza rejasi:

1. 
   Elektr maydonning bir jinslimaslik va bir jinslimaslik darajasi.
   
2. 
   Birjinslimas maydonda razryadlanish jarayoni.
   
3. 
   Birjinslimas maydonda razryadlanishning elektrodlar shakliga va zaryadlanishiga bog‘liqligi.
   
4. 
   Razryadlanish vaqti.
   

Birjinslimas maydon uning elektrodlari orasidagi maydon kuchlanganligining bir tekis taqsimlanmaganligi bilan xarakterlanadi. Agar elektrodlar shakli bir xil bo‘lsa ularning yuzasi yaqinida maydon kuchlanganligi maksimal bo‘lib, elektrodlar orosidagi masofaning o‘rtasida esa minimal bo‘ladi. Agar qaralayotgan elektrodlar shakli xar xil bo‘lganda egilish radiusi kichik elektrod yaqinida elektr maydon kuchlanganligi maksimal, uning minimal qiymati qarama-qarshi elektrod tomon siljiydi.
Maydoning birjinslimaslik darajasini maydon kuchlanganligining maksimal qiymati Em -ning, uning o‘rtacha qiymati Eo‘r- ga nisbati bilan xarakterlanadi.
K = Em/Eo‘r ; bu erda Eo‘r = U/S (1)
Bir jinsli maydonlar uchun bu koeffitsient K=1-ga teng. Bir jinslimas maydonlarda elektrodlar orasidagi masofaning kattalashishi va elektrodlar egrilik radiusining kichiklashishi bilan bu koeffitsient kattalashib boradi. Koeffitsient K -ning (rasm-1a ), maydon kuchlanganligining (rasm-1b) va zarbaviy ionlashish koeffitsientining ( rasm-1v ) silindrik kondensator ichki radiusiga bog‘liqliligi keltirilgan. CHunki may-donning birjinslimasligi razryadning rivojlanishiga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi.


a) b) v)
K E 
10 35 14
8 30 3 12
6 25 2 10
20 8
4 15 6 -1 -2 -3
10 1 4
2 2
l 5 l 0 l
0 2 4 6 8 10 sm 1 4 6 8 9 10 sm 1 3 5 7 9 sm
Rasm - 1
YUqoridagi keltirilgan grafikdan kelib chiqadigan muloxaza asosida birjinslimas maydonlarda razryadlanish mustaqilligining paydo bo‘lishi uchta asosiy hollarda bo‘ladi:
1. Boshlang‘ich kuchki elektrodlar oralig‘ini kesib o‘tgandan keyingina anodda strimer paydo bo‘ladi (birjinsli maydondagidek), bunday sharoit S2. Boshlang‘ich kuchki oraliqning bir qisminigina kesib o‘tib, strimer paydo bo‘lgandan keyin, teshilmagan qismining maydon kuchlanganligi strimerning qarama - qarshi elektrodga etib borishini ta’minlaydi.
3. Boshlang‘ich kuchki elektrodlar oralig‘ining bir oz qismini kesishi natijasida paydo bo‘lgan strimer esa qarama - qarshida joylashgan elektrodga etib bora olmaydi. Oraliqning kichik egrilik radiusli elektrodga yaqin joyining bir qismini egallaydigan razryadning mustaqilligiga - tojlanish razryadi deyiladi.
Birinchi ikki xolatga mos keluvchi maydonga kuchsiz birjinslimas deyiladi. Bu xolda xech qachon tojlanish paydo bo‘lmaydi va razryadning mustaqillik shartining bajarilishi oraliqning to‘la teshilishiga olib keladi.
Uchunchi xolatga mos keluvchi maydonga keskin birjinslimas deyiladi va bunda teshilish kuchlanishi oldingi iqi xoldagiga nis-batan katta bo‘ladi. Birjinslimas maydonlar orasida keskin sezilarli farq yo‘q, lekin birjinslimaslik koeffitsientini kuchsiz bir jinslimas maydonlar uchun K < 2, keskin birjinslimas maydon uchun K > 4 deb qabul qilinadi.
Kuchsiz bir jinslimas maydonlarda strimerning paydo bo‘lishi elektrodlar oralig‘ining to‘la teshilishiga olib keladi va strimerning paydo bo‘lish (mustaqillik) sharti birjinsli maydondagidek bir vaqtning o‘zida teshilish sharti ham hisoblanadi.
Kuchsiz birjinslimas maydonlarda razryadlanish kuchlanishi elektrodlar orasidagi masofani havoning nisbiy zichligiga kupaytmasining hamda elektrodlar geometrik ulchamining ular orasidagi masofaga nisbatining funksiyasidir.
Uo = f(S, ₁/S, ₂/S....) (2)
Silindrik kondensatorda uning uch ulchami (tashqi R va ichki l radiuslari, hamda elektrodlar orasidagi masofa S)-dan doimo har qanday ikkita ulchami asosiy aniqlovchi xisoblanadi, shundan razryadlar uxshashligi qonunining yozilishi quyidagi ko‘rinishlarda bo‘ladi:
Uo = f(,S,R/S); Uo = f(q,R/l) (3)
Agar elektrodlar ulchami va ular orasidagi masofa o‘zgarishi bilan elektr maydon konfiguratsiyasi va asosiy ulchamlar nisbati o‘zgarmay qolsa, razryadlanish kuchlanishi faqat havo nisbiy zichligini elektrodlar orali-g‘iga kupaytmasining funksiyasi xisoblanadi:
Uo = f(S) (4)
Bundan ko‘rinadiki ikkala xolda ham razryadning mustaqillik sharti bir xil kuchlanishda bajariladi.
Agar keskin bir jinslimas maydon sifatida "Nina-tekislik" ko‘rinishidagi elektrodlar orasidagi maydoni qarasak oldindan ionlashish jarayoni maydon kuchlanganligi katta bo‘lgan elektrod yuzasiga yaqin joyda rivojlana boshlaydi(ya’ni nina yaqinida).
Misol uchun ikkita geometrik uxshash silindrik kondensatorni qaraydigan bo‘lsak, ularning ulchamlarining nisbati a (l₁/l₂ = R₁/R₂ = S₁/S₂ =a) va ularning geometrik ulchamiga teskari proporsional bo‘lgan gaz bosimining (R₁/R₂ =1/a), unda R₁S₁ =R₂S₂ va E₁ =E₂/a. Bu xolda zarbaviy ionlashish koeffitsienti:
a₁ = R₁?(E₁/R₁) = R₂/a ?(E₂/E₁) = 1/a R₂?(E₂/R₂) = a₂/a
Agar «Sterjen-tekislik» oraliqda sterjen musbat zaryadli bo‘lsa (rasm-2a) oraliqda paydo bo‘lgan elektron sterjen tomon xarakatlanib kuch-li elektr maydon ta’siriga tushishi natijasida ionlanish jarayoni boshlanib elektronlar kuchkisini hosil qiladi. Agar elektrodlar orasidagi kuchlanishni asta-sekin oshira borsak xali tojlanish boshlanmasdan (mustaqil-lik sharti bajarulgunga qadar) oraliqda bir qancha kuchkilar paydo bo‘lib, kuchki elektronlari elektrodga ketib, musbat ionlar oraliqda qoladi va sekin qarama - qarshi elektrod tomon xarakatlanib musbat sterjen yaqini-da xajmiy zaryad hosil qiladi. Keyinchalik sterjen yaqinida bo‘ladigan ionlanish jarayoni kuchsizlanadi, bu o‘z navbatida razryadning mustaqillik shartining bajarilishini ya’ni tojlanishni qiyinlashtiradi.
Agar sterjen manfiy qutbli bo‘lsa (rasm-2b) katod sirtida paydo bo‘l-gan elektronlar birdaniga kuchli maydonga tushib qolib tekislik tomon xarakatlanuvchi kuchki hosil qiladi. Elektronlar kuchkisi kuchli maydon ta’-siridan chiqgandan keyin ionlashtirish jarayoni tugab, elektronlar tezligi kamayib bir qismi anod uchib etsa ikkinchi qismi kislorod atomi bilan birikishib manfiy ion hosil qilishi natijasida elektronlarning anodga tomon xarakatlanish tezligi sustlashadi. Musbat ionlar esa asta - sekin sterjenga ketadi, chunki ularning nisbiy xarakati sekin bo‘lganligidan sterjen yaqinida doima musbat xajmiy zaryad mavjud.
YUqorida qilingan ttaxlildan ko‘rinadiki "sterjen - tekislik" orasida sterjen musbat zaryadlanganida tojlanishning paydo bo‘lishi, uning manfiy zaryadlanganiga qaraganda yuqoriroq bo‘ladi.
Agar sterjen musbat zaryadli bo‘lib yana elektrodlar orasiga yuqori kuchlanish qo‘yilgan bo‘lsa xajmiy zaryadning o‘ng tomonida elektronlar kuchkisi paydo bo‘ladi, bu elektronlar musbat ionlar bilan aralashishi natijasida anod tomon yunalgan strimer xosil qilinadi. Strimer plazmasining zaryadi maydon ta’sirida taqsimlanishi bir tekis bo‘lmaydi. Maydonning bir jinslimaslik darajasiga ko‘ra elektrodlar orasidagi kuchlanish va maydon kuchlanganligi strimerning bosh qismida uning chuzilishiga qarab usishi yoki kamayishi mumkin.
Sterjenni manfiy qutbli deb olsak u xolda sterjenning bevosita yaqinida strimerning paydo bo‘lishi(katod strimeri) anchagina qiyinlashgan bo‘ladi. CHunki sterjen yaqinidagi kuchli maydon sterjeni urab turuvchi musbat xajmiy zaryad tomon tarqaluvchi kupgina kuchkilarning paydo bo‘lishiga olib keladi. Bir vaqtda paydo bo‘ladigan kuchkilarning kupligidan oraliqni to‘ldiruvchi plazma paydo bo‘lmasdan balki bir jinsli plazma qatlami xosil bo‘ladi. Bu qatlam egrilik radiusi etarlicha katta bo‘lgan ekran xosil qiladi. Bu xolda kuchlanishining keyinchalik o‘sishida ham ionlashish uzoq vaqt faqat sterjen bilan plazma qatlami orasida boradi, u esa asta-sekin kattalashib qarama - qarshi elektrod tomon chuziladi. Maydon kuchlanganligining kuchayishi elektrodlar orasidagi kuchlanishning o‘sishi elek-tronlar kuchkisining plazma qatlamining o‘ng tomonida rivojlanishiga ol-ib keladi. Bu kuchkilarning musbat zaryadi keyinchalik kuchkilar soning kupayishiga olib kelishi va plazma qatlamining anod tomon chuzilishi hamda strimerga aylanishiga olib kelishi mumkin.
a) b)
E E

-2
- 1

- 1
-3
X X
Rasm - 2
Gaz yoki moy bilan tuldirilgan elektrodlar oralig‘iga uning elektr mustaxkamligini oshirish maqsadida yupqa plastinka kiritiladi. Bu plastinkaga tusiq deyiladi va to‘siq sifatida juda yupqa qog‘oz qo‘lanilishi mumkin. Tusiqning mustaxkamligi xech qanday rol o‘ynamaydi.
Tajriba shuni ko‘rsatadiki agar tusiq elektrodlar o‘rtasiga joylashtirilsa razryadlanish kuchlanishi elektrodlarning musbat va manfiy qutblanishida bir-biriga juda yaqin bo‘ladi. Bu xolda butun oraliqning elektr mustaxkamligi to‘siq bilan tekislik oralig‘ining elektr mustaxkamligi bi-lan aniqlanadi.
Agar to‘siq musbat elektrod yaqiniga joylashtirilganda uning roli kamayadi chunki to‘siqda xajmiy zaryadning taqsimlanishi keskin notekis bo‘lib maydon kuchlanganligi to‘siqning sirtida etarlicha katta bo‘lganligidan to‘siqning orqa tomonida ionlashish jarayoning rivojlanishiga olib keladi.
Faraz qilaylik ixtiyoriy gaz oralig‘iga quyilgan kuchlanish ma’lum tez-likda 0-dan to Umax-gacha o‘sib keyinchalik o‘zgarmasdan qolsin. Kuchlanish Uo-ga etganda (t₁-vaqtda) razryadlanishning mustaqillik sharti bajariladi, unga qadar oraliqda xech qanday razryadning bo‘lishi mumkin emas ( 3a-rasm).
SHunday qilib elektrodlar oralig‘ida razryadning rivojlanishi t₁-da emas, balki t₂ = t₁+tc paytda boshlanishi mumkin. Bu erda tc-statik kechikish vaqti deyiladi va razryad birinchi effektiv elektron paydo bo‘lishning kechikish vaqti, t₂-dan boshlab rivojlana boshlaydi. To‘la teshilish bo‘lgunga qadar tf shakllanish vaqtini o‘tishi kerak.
Demak razryadlanish vaqti:
tp = t₁ + tc + tf ; tk = tc + tf (5)
bu erda tk - razryadning kechikish vaqti.
Effektiv elektronni kutish vaqti razryaddan razryadgacha o‘zgarganligi uchun, o‘rtacha statik kechikish vaqti degan tushinchani kiritamiz. Tajriba shuni ko‘rsatadiki t_f juda kichik bo‘lib kechikish vaqti-birinchi effektiv elektronni kutish vaqtiga teng. O‘rtacha statik kechikish vaqti kupgina faktorlarga -tashqi ionizatorning intinsivligiga, katod materialiga va uning sirtining xolatiga hamda elektrodlar orasidagi kuchlanishga bog‘liqdir. CHunki kuchlanishning usishi bilan elektronning kislorod atomi bilan qushilish extimoli kamayib, o‘z navbatida razryadning kechikish vaqtini kamaytiradi.

a) b)
U U

U_m
U₀ U_m/₂
t t
t₁ tc t_f t_f
t_r t_v
Rasm - 3
YUqori gaz bosimlarida razryadning rivojlanishi uch bosqichda amalga oshadi:
a) Boshlang‘ich kuchki qandaydir Xi masofani yugurib utgandan keyin strimerning paydo bo‘lishi uchun shart-sharoit tayyorlaydi.
b) Strimer butun oraliqga tarqaladi.
v) Strimerning yunalishiga teskari yunalishda bosh razryadning rivojlanishi hosil bo‘ladi.
SHunday qilib teskari razryadning rivojlanishi strimer tezligiga nisbatan bir-ikki darajada yuqori bo‘ladi.
Strimerni shakllantirishda uning katta elektr maydon kuchlanganliga ega bo‘lgan bosh qismidagi kuchkilarning qatnashishidan strimerning tezligi elektron tezligidan 210 marta katta bo‘ladi.
Razryadning shakllanish vaqti statistik xarakterga ega. U bir jinslimas maydonlarda ayniqsa elektrodlar orasidagi masofaning o‘sishi bilan yaqol seziladi.
Ma’lumki razryadning kechikish vaqtining ikkala tashkil etuvchisi qo‘yilgan kuchlanishga kuchli bog‘liq. SHu sababdan to‘la razryadlanish vaqti qo‘yilgan kuchlanishga bog‘liq xolda xar xil bo‘ladi. Razryadlanish vaqtining qo‘yilgan kuchlanishga bog‘liqligiga-Volt-sekund xarakteristikasi (VSX) deyiladi. Lekin razryadlanish vaqti faqat qo‘yilgan kuchlanish qiymatigina bog‘liq bo‘lmasdan, balki uning o‘zgarish qonuniyatiga xam bog‘liq.
Tajriba yuli bilan volt-sekund xarakteristikasini aniqlashda kuchlanish tulqining standart shakli degan tushincha va kattalik kiritamiz. Impulsning standart shaklida, kuchlanish noldan maksimal qiymatgacha tez o‘sib keyinchalik sekin o‘zgarib yana nolgacha tushadi. Impuls to‘lqini usish vaqti t_f ya’ni kuchlanishning noldan maksimumgacha usishi uchun ketadigan vaqt va tulqin uzunligi bilan xarakterlanadi. Tulqin uzunligi kuchlanishning maksimumdan to yarim amplitudagacha kamayishi uchun ketgan vaqt. Elek-tr qurulmalarning VSX-si ularni o‘rnatishda katta axamiyatga ega. CHunki ikkita VSX xar xil bo‘lgan oraliqlardan, VSX-si past bo‘lgani ximoyalovchi rolini bajaradi. VSX -ni aniqlashda ikkita qiymatdan kelib chiqi-ladi. Ulardan biri 50% -li razryadlanish kuchlanishi bo‘lib u VSX -ning gorizontal qismiga to‘g‘ri keladi. Ikkinchi xarakterli qiymat razryadlanish vaqti 2 mksek bo‘lgan va standart tulqining maksimumiga to‘g‘ri keladiga razryadlanish kuchlanishidir. Razryadlanish kuchlanishining uzunligi 2 mksek bo‘lgan impulsi va 50% -li razryadlanish kuchlanishining razryadlanish kuchlanishiga nisbati -impuls koeffitsienti deyiladi. Bu koeffitsient keskin bir jinslimas maydonda birdan katta bo‘ladi. Bu standart shakl hamma tekshirilayotgan izolyasiyalar uchun bir xil kuchlanish olinadi. Uning front uzunligi 1,2mksek 30% va tulqin uzunligi 50mksek 20% bo‘lishi kerak. Sobiq Sovet ittifoqida standart to‘lqinning front uzunligi 1,5 mksek, to‘lqin uzunligi 40 mksek qabul qilingan. Uni qisqacha 1,5/40 deb belgilangan (rasm-3b).