Die zeitliche Entwicklung der Townsend-Entladung bis zum Durchschlag

Abstract

Für eine ebene Entladungsstrecke in Wasserstoff (p d = 1000 Torr cm) wird der Stromanstieg der TOWNSEND-Entladung berechnet; die Ausrechnung beginnt bei der anfänglichen (raumladungsfreien) Entwicklung und führt über das Stadium, in dem die Raumladung der positiven Ionen und der Elektronen wirksam wird, bis in den Bereich der Spannungsabsenkung an der Entladungsstrecke. Das für die Ausrechnung benutzte Modell enthält die üblichen Prozesse, wie Trägerbewegung und Stoßionisation (dargestellt durch die TOWNSENDschen Diff.-Gln.). sowie photoelektrische Nachlieferung an der Kathode (γph-Effekt). Wesentlich bei diesen Prozessen ist der Einfluß der Feldstärke, die nach der Poissox-Gleichung mit der resultierenden Raumladung der Ionen und Elektronen zusammenhängt. — Auf Grund der Ergebnisse der Rechnung lassen sich folgende Phasen in der Entwicklung der Entladung unterscheiden: Während des anfänglichen Raumladungsaufbaus (A) erfährt die zeitliche Entwicklung des Stromes eine Beschleunigung. Im nächsten Stadium (B) bildet sich ein Kathodenfall, der die Lieferung von Elektronen für das restliche Gebiet übernimmt. Eine weitere Stromsteigerung in diesem Gebiet wird durch eine Ionisationswelle (C) vorgenommen; die Welle läuft (mit etwa fünffacher Elektronen-Driftgeschwindigkeit) von der Anode in Richtung auf die Kathode. Im Endstadium (D) besteht die Entladung aus dem Kathodenfall und einem anschließenden Plasma, in dem keine nennenswerte Ionisation mehr stattfindet. Die beschränkte Leitfähigkeit dieses Plasmas hat, im Zusammenhang mit dem der Entladungsstrecke vorgeschalteten Widerstand, zur Folge, daß die Spannung an der Entladungsstrecke nur partiell zusammenbricht. — Dieser partielle Zusammenbruch wurde schon bei früheren experimentellen Untersuchungen beobachtet und als charakteristisch für den TOWNSEND-Aufbau herausgestellt. Somit wird das Ergebnis der Rechnung von experimenteller Seite bestätigt.