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Über den Aufbau von Gasentladungen. I

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Zusammenfassung

Startet eine Elektronenlawine an der Kathode einer Entladungsstrecke, so leitet sie eine Entladung ein, deren Entwicklung je nach der Größe des Produktes aus Druckp und Elektrodenabstandd in verschiedener Weise vor sich geht. Bei kleinenp ·d-Werten (< ∼ 1000 Torr · cm) werden die Elektronen an der Anode abgegeben, während die Ionen oder Lichtquanten, die durch Elektronenstoß angeregt wurden, an der Kathode Nachlieferungselektronen ausschlagen. Mehrfache Wiederholung dieses „Ionisierungsspieles“ führt zur Stromsteigerung und schließlich zum Kippen in eine andere Entladungsform, in einer Zeit, die kurz gegen die Dauer der Ionisierungsspiele ist. Dieser Entladungsaufbau wirdTownsend-Aufbau genannt. Er steht im Gegensatz zu dem bei großemp ·d (> ∼ 1000 Torr · cm) vor sich gehendenKanalaufbau, für den die Mitwirkung der „Eigenraumladung“ der Lawine charakteristisch ist. Diese Eigenraumladung bewirkt, daß die Lawine von einer bestimmten „kritischen“ Verstärkung an, bei der das Feld der Eigenraumladung vergleichbar mit dem angelegten Feld wird, nicht mehr mite αx (α=const) weiterwächst, und daß die Lawine ihre Geschwindigkeit beträchtlich erhöht (sogenannter „anodengerichteter“ Kanal). Das Zurücklaufen zur Kathode wird den Ionen dadurch erspart, daß ihr starkes Raumladungsfeld die durch die gasionisierende Strahlung in der Umgebung gebildeten Photoelektronen hereinzieht und somit einen Entladungsschlauch zwischen Lawinenkopf und Kathode in Form des „kathodengerichteten“ Kanals herstellt, in einer Zeit, die erheblich kleiner als die Dauer eines Ionisierungsspieles ist. — Mit Hilfe dieser beiden typischen Aufbauarten, deren Auftreten von dem jeweiligenp ·d-Wert abhängig ist, wird das vorliegende Versuchsmaterial geordnet und diskutiert: Es lassen sich die Versuche bei kleinen Drucken sowie die Versuche bei Atmosphärendruck und geringen Abständen (∼ 0,1 cm) bei Feldstärken gleich und nur wenig größer als die statische Durchschlagfeldstärke eindeutig dem Townsend-Aufbau zuordnen (Fall I). Die Experimente bei Atmosphärendruck und mehr sowie Abständen von 1 cm und mehr dagegen verlaufen bereits im Gebiet des Kanalaufbaues (Fall II). Eine ausführliche Betrachtung des Kanalaufbaues ergibt die Aufstellung einer Zündbedingung an Stelle der in diesem Gebiet ungültigen Townsendschen Zündbedingung, die die gemessenen statischen Durchschlagfeldstärken annähernd wiedergibt. Gleichzeitig ergibt sich im Bilde der Kanalentwicklungen eine Erklärung für die gegenüber dem Townsend-Aufbau erheblich kürzeren Aufbauzeiten bei hohen Drucken (∼ 10−7 sec gegen 10−4 sec), da nureine Elektronenlawine den Elektrodenraum zu durchlaufen hat, um die äußerst schnell verlaufende Kanalentladung einzuleiten. Bei Verwendung von Überspannungen erreicht die Elektronenlawine schon vor der Ankunft an der Anode ihre „kritische“ Verstärkung, d. h. sie schlägt in kürzerer Zeit in die Kanalentwicklung um, so daß die Aufbauzeit mit zunehmender Überspannung abnimmt, wie die kathodenoszillographischen Untersuchungen ergeben hatten.

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Ausführlicher Bericht des für die Physikertagung in Marienbad (September 1939) angemeldeten Vortrages.

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Raether, H. Über den Aufbau von Gasentladungen. I. Z. Physik 117, 375–398 (1941). https://doi.org/10.1007/BF01676336

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