Вестник МГТУ. 2016, №1.2.

Гнатюк В. С., Морозов Н. Н. Физические основы электропроводности… 228 Наиболее часто радиационные исследования проводят в зоне ионизации электронных ускорителей, где ионизация воздуха осуществляется электронным пучком. Скорость ионообразования q можно найти, зная потери энергии релятивистских электронов на единице пути E x ∂ ∂ [1], плотность тока пучка электронов j и энергию, необходимую для одной электрон-ионной пары W е [2]. В области энергий от 1 до 10 МэВ (энергия типична для электронных ускорителей, используемых для радиационных исследований) ионизационные потери остаются неизменными и могут быть приняты равными 1,6·10 6 эВ·см 2 ·г –1 [1; 2]. Примем плотность тока пучка ускорителя j = 10 мА/см 2 , а энергию W е = 34 эВ. Получим для воздуха нормальной плотности q = 3,5·10 18 с –1 ·см –3 . Электрофизические свойства ионизированного газа определяются в основном поведением электронной компоненты, которая на четыре порядка более подвижна, чем ионная. Процесс прилипания электронов к нейтральным молекулам воздуха при давлениях, близких к нормальному, протекает значительно быстрее электронной рекомбинации. Действительно, скорость прилипания определяется частотой прилипания γ, с –1 , согласно экспериментальным исследованиям [3] при нормальном давлении равна 1,1·10 8 с –1 и зависит от давления согласно [4; 5]: γ = 1,1·10 8 Ф 2 + 2,6·10 6 Ф, где Ф = Р / Р 0 , здесь Р 0 – нормальное давление. Состояние ионной компоненты будет определяться диссоциативной электрон-ионной рекомбинацией и трехчастичной рекомбинацией, когда избыточная энергия отдается третьей нейтральной частице, тогда коэффициент рекомбинации положительных ионов с электронами α может быть принят согласно [5]: α = (2,9 + 1,7Ф)·10 –7 см 3 ·с –1 . Рекомбинация положительных ионов с отрицательными ионами может происходить в двойных и тройных соударениях, и коэффициент ион-ионной рекомбинации β ≈ (5·10 –2 + 2,5Ф)·10 –6 см 3 ·с –1 [6; 5]. В работе [7] приведена подвижность электронов в воздухе в зависимости от давления, полученная экспериментально СВЧ-методами при измерении частоты соударения электронов с нейтральной компонентой и составляющая µ э = 2,6·10 9 Р –1,2 ед. СГСЭ, где Р – давление воздуха, Торр . Для нормального давления (760 Торр) µ э = 9,1·10 5 ед. СГСЭ. Для стационарного случая концентрация электронов при плотности тока пучка j ≈ 10 мА·см –2 cоставляет n = 3,3·10 10 см –3 и проводимость воздуха определяется электронной компонентой σ = 1,4·10 7 ед. СГСЭ (с –1 ). При решении ряда прикладных задач возникает необходимость расчета нестационарной проводимости воздуха (например, при исследовании переходных характеристик различных измерительных преобразователей, работающих в зоне ионизации радиационных установок). Нестационарная проводимость рассчитывается по формуле (1) с использованием системы (2). Зададим скорость ионообразования с помощью функции Хевисайда в виде прямоугольного импульса длительностью 10 –6 с и временем задерживания 10 –7 с. Положим, что амплитуда импульса q 0 = 3,5·10 18 см –3 с –1 . Для положительных ионов подвижность µ + ион примем равной 4,2·10 2 ед. СГСЭ, аналогично для отрицательных ионов µ – ион = 5,4·10 2 ед. СГСЭ [8]. На рис. 1–3 показаны результаты численного интегрирования системы (2). Рис. 1. Зависимость концентрации электронов от времени