2.4.3. Эксперименты с дрейфовой трубкой

На рис. 3 представлена схема одного из таких экспериментов. Конкретную конструкцию устройства, приведенного на рисунке, разработал Дэвис [32] для решения частной задачи измерения коэффициентов ионизации и прилипания в широком диапазоне значений параметра в том числе и в области, в которой эти коэффициенты имеют сравнимые значения.

Рис. 3. Схема устройства с импульсной дрейфовой трубкой на основе конструкции, разработанной Дэвисом [32—34] Нестационарные токи, обусловленные носителями отрицательного и положительного зарядов, регистрируются соответственно на аноде и катоде Переменная длина области дрейфа позволяет скомпенсировать торцевые эффекты Импульс электронов, испущенных фотокатодом, проходит область однородного электрического поля и собирается экранированным анодом. Образующиеся в промежутке отрицательные ионы достигают анода позднее, что

позволяет регистрировать разрешенный во времени ток носителей отрицательного заряда. Аналогичные измерения можно выполнить с помощью катода. Анализ формы зависимости тока от времени [14] позволяет определить коэффициент ионизации а и коэффициент прилипания разд. 2.1.1). Электронный импульс обычно можно хорошо разрешить во времени относительно более слабых ионных сигналов, что позволяет найти скорость дрейфа электронов Соотношение концентрация молекул, участвующих в процессе прилипания) определяет константу скорости прилипания как функцию от

Подобные эксперименты можно выполнять без экранирования анода и катода [73]. Соответствующее устройство позволяет получить более высокий уровень сигнала, но при этом нельзя различить потоки отрицательных и положительных ионов, что препятствует использованию этого устройства в области значений E/N, в которой скорости ионизации и прилипания сравнимы по величине.

Вообще говоря, эксперименты с дрейфовой трубкой позволяют реализовать высокую точность и возможность получения данных в области энергий электронов от тепловых до эВ. Рабочее давление газа обычно лежит в области 1—1000 мм рт. ст., для которой измерения концентраций не имеют трудностей, а достижение временного разрешения, необходимого для измерения коэффициентов прилипания и ионизации, также не вызывает каких-либо проблем. Трудности при измерениях возникают в случае больших значений однако применение разбавленных смесей позволяет поддерживать значение у в пределах легко измеряемого интервала. Применяя достаточно разбавленные смеси, при интерпретации данных можно использовать известную функцию распределения электронов по энергиям для однокомпонентного буферного газа [25], однако такой метод включает с необходимостью измерение очень низких мольных концентраций электроотрицательного газа, разбавленного буферным газом. Особенно остро этот вопрос ставится в случае малых добавок реагирующих компонентов. В таких случаях желательно иметь в процессе измерения возможность селективного контроля за низким парциальным давлением реагирующего газа (например, с помощью оптического поглощения).

В случае умеренно электроотрицательного газа использование более высоких мольных концентраций упрощает процесс их измерения, но обычно приводит к изменению транспортных коэффициентов электронов. При этом возникает необходимость в измерениях изменившейся скорости дрейфа электронов конкретно для

данных условий. Это позволяет рассчитать значение непосредственно из результатов измерений и дает важные дополнительные данные для любых последующих попыток моделирования свойств газовых смесей, которые можно проводить на основе анализа уравнения Больцмана. Если только не используется очень разбавленная смесь, то для проведения такого анализа в качестве входных данных помимо сечения рассеяния электронов на частицах буферного газа важную роль играют сечения рассеяния электронов на молекулах электроотрицательного газа. К сожалению, во многих случаях необходимые данные отсутствуют, что исключает возможность проведения точного сравнения сечений, полученных в экспериментах с дрейфовой трубкой, с сечениями прилипания, измеренными или полученными методом подбора. Кроме того, поскольку разные исследователи при проведении экспериментов имеют дело с разными буферными газами, а также с различными мольными концентрациями электроотрицательного газа, сравнить между собой различные данные, полученные методом дрейфовой трубки, можно лишь на качественном уровне.