Ток в камере при постоянной ионизации

Пусть в рабочем объеме плоской камеры площадью s и с расстоянием между электродами d возникает в единицу времени в единице объема n _о пар ионов. Если эта величина постоянна во времени, то ток в камере при пренебрежении потерями зарядов в результате диффузии и рекомбинации

I = en₀sd.

Это соотношение следует из закона сохранения зарядов.

В случае постоянной ионизации ток в камере можно выразить через плотности токов, образуемых дрейфом положительных и отрицательных зарядов:

I = (j ⁺ + j ^-) s,

где j ⁺ и j ^-) – плотности соответствующих токов. Плотность тока – это произведение скорости движения зарядов на их плотность, т. е

j⁺ = en⁺w⁺ и j^- = en^-w^-.

Задача о токе в плоской камере с учетом диффузии и рекомбинации легко решается, если предположить, что уменьшение тока за счет диффузии и рекомбинации мало и, что более важно, диффузия и рекомбинация не изменяют заметным образом распределений плотности зарядов п⁺(х) и п^-(х). Плотность тока с учетом диффузии

j⁺ = en⁺w⁺ – D⁺ (dn ⁺/ dx) e.

Физический смысл второго члена в правой части выражения для плотности тока следующий. Ток в газе протекает даже при отсутствии электрического поля в результате неоднородности распределения зарядов. Величина этого тока в заданном направлении определяется произведением коэффициента диффузии на градиент плотности зарядов. Здесь следует заметить, что в рассматриваемой плоской камере при постоянной ионизации неоднородность в распределении зарядов будет лишь в направлении электрического поля.

Потери тока за счет рекомбинации очень сильно зависят от размеров камеры. Они могут быть велики, если в камере образуются электроотрицательные ионы. Уменьшение расстояния между электродами всего на 20% снижает потери вдвое.

Если камеры наполнены газами, для которых мала вероятность образования электроотрицательных ионов, то эффекты рекомбинации имеют значение при регистрации тяжелых заряженных частиц с малой энергией, для которых очень велика плотность образуемых зарядов. Высокая плотность ионов в первый момент после ионизации приводит к рекомбинации ионов и электронов в колонках. Расчет этого эффекта очень сложен, тем более что рекомбинация в колонках зависит от очень многих причин и в том числе от ориентации пути частицы относительно силовых линий электрического поля камеры. Наименьшая рекомбинация в колонках будет для тех частиц, направление движения которых перпендикулярно силовым линиям поля. В этом случае заряды разных знаков разделяются наиболее быстро.