Движение электронов и ионов в разрядном промежутке между двумя электродами, один из которых — анод, а другой—катод определяется дрейфовым движением, и взаимодействием с частицами газовой среды (беспорядочное перемещение) .
Все взаимодействия между частицами в газовом разряде делятся на упругие и неупругие. При упругих взаимодействиях (столкновениях) суммарная кинетическая энергия взаимодействующих частиц остается постоянной. Для неупругих взаимодействий характерно изменение суммарной кинетической энергии, которое обусловлено изменением внутренней энергии частиц. Если суммарная кинетическая энергия взаимодействующих частиц убывает, то внутренняя энергия одной из частиц возрастает (неупругие столкновения первого рода) и, наоборот, если суммарная кинетическая энергия растет, то внутренняя энергия одной из частиц уменьшается (неупругие столкновения второго рода).
Из-за упругих столкновений направленное по полю перемещение заряженных частиц превращается в хаотическое. Наиболее интенсивно обмениваются энергией ионы с атомами и электроны между собой. При упругом соударении электрона с атомом практически не происходит обмена энергией из-за большого различия их масс.
К неупругим столкновениям первого рода, играющим определяющую роль в приборах, относятся следующие процессы:
1) возбуждение атомов электронным ударом;
2) ступенчатое электронное возбуждение;
3) ионизация.
Таким образом, упругие столкновения приводят к установлению определенной температуры частиц в газовом разряде, при этом электронная температура Те определяет вероятность большинства неупругих взаимодействий (возбуждение, ионизация, девозбуждение, ступенчатое возбуждение).
Переход возбужденных атомов, ионов и молекул в нижние энергетические состояния, включая основное, а также процесс рекомбинации электрона с ионом часто сопровождаются излучением фотона. Спектр оптического излучения в газовом разряде простирается от инфракрасной области до глубокой ультрафиолетовой (вплоть до рентгеновского излучения).
Разность потенциалов в разрядном промежутке, при которой электроны приобретают энергию, достаточную для возбуждения (ионизации) нейтральных атомов, называют напряжением возбуждения (ионизации). Исходные электроны, набрав энергию в электрическом поле, будут ионизировать молекулы или атомы газа. В результате будут появляться добавочные свободные электроны, которые при движении к аноду будут также участвовать в ионизации. Образовавшиеся в результате ионизации положительные ионы перемещаются по направлению к катоду и выбивают с его поверхности новые электроны, которые в свою очередь также участвуют в ионизации. Таким образом, число электронов лавинообразно увеличивается до установления стационарного состояния.. Такое состояние ионизированного газа называют газоразрядной плазмой.
Определение плазмы
