ЛАВИ́НА ЭЛЕКТРО́ННАЯ

ЛАВИ́НА ЭЛЕКТРО́ННАЯ, экс­по­нен­ци­аль­но на­рас­таю­щий про­цесс раз­мно­же­ния элек­тро­нов в ре­зуль­та­те ио­ни­за­ции ато­мов и мо­ле­кул га­за, как пра­ви­ло, элек­трон­ным уда­ром. Та­кие цеп­ные ре­ак­ции мо­гут при­вес­ти к элек­трич. про­бою ди­элек­трич. сред (см. Про­бой элек­три­чес­кий). В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев Л. э. раз­ви­ва­ет­ся в элек­три­че­ском или элек­тро­маг­нит­ном по­ле, хо­тя воз­мож­но ла­вин­ное раз­мно­же­ние элек­тро­нов при те­п­ло­вом на­гре­ве сре­ды, напр. в удар­ной вол­не.

Л. э. на­чи­на­ет­ся от не­боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва слу­чай­но по­яв­ляю­щих­ся пер­вич­ных (за­тра­воч­ных) элек­тро­нов. В га­зовой сре­де эти за­тра­воч­ные элек­тро­ны по­яв­ля­ют­ся под дей­ст­ви­ем кос­мич. лу­чей и ес­теств. ра­дио­ак­тив­но­сти. Что­бы за­пус­тить про­цесс об­ра­зо­ва­ния ла­ви­ны в нуж­ный мо­мент, поль­зу­ют­ся ис­кус­ствен­но соз­дан­ны­ми пер­вич­ны­ми элек­тро­на­ми, напр. при внеш­нем об­лу­че­нии га­зо­раз­ряд­но­го про­ме­жут­ка или элек­тро­дов. Элек­тро­ны, ус­ко­ря­ясь в по­сто­ян­ном или ос­цил­ли­рую­щем элек­трич. по­ле, при­об­ре­та­ют энер­гию, дос­та­точ­ную для от­рыва элек­тро­на от мо­ле­ку­лы или ато­ма, и про­из­во­дят ио­ни­за­цию за счёт этой энер­гии. Т. о. от ка­ж­до­го энер­гич­но­го элек­тро­на по­лу­ча­ет­ся два мед­лен­ных; они, в свою оче­редь, при­об­ре­та­ют энер­гию от по­ля, ио­ни­зу­ют ато­мы, по­лу­ча­ет­ся 4 элек­тро­на и т. д. Так раз­ви­ва­ет­ся Л. э.; газ ио­ни­зу­ет­ся до той или иной сте­пе­ни, ко­то­рая за­ви­сит от мн. при­чин, в ча­ст­но­сти от то­го, ка­кой ток мо­жет про­пус­тить внеш­няя цепь. Про­цесс раз­ви­тия Л. э. тор­мо­зит­ся за счёт по­терь энер­гии элек­тро­на­ми при уп­ру­гих и не­уп­ру­гих столк­но­ве­ни­ях (на элек­трон­ное воз­бу­ж­де­ние ато­мов и мо­ле­кул, воз­бу­ж­де­ние мо­ле­ку­ляр­ных ко­ле­ба­ний и вра­ще­ний) и вслед­ст­вие по­терь са­мих элек­тро­нов в ре­зуль­та­те их диф­фу­зи­он­но­го ухо­да из об­лас­ти дей­ст­вия по­ля или при­ли­па­ния к элек­тро­от­ри­ца­тель­ным мо­ле­ку­лам. Ко­гда об­ра­зу­ет­ся очень мно­го по­ло­жи­тель­ных ио­нов, их ре­ком­би­на­ция с элек­тро­на­ми так­же мо­жет ог­ра­ни­чить рост элек­трон­ной ла­ви­ны.

Про­цес­сы ио­ни­за­ции все­гда со­про­вож­да­ют­ся ак­та­ми воз­бу­ж­де­ния ато­мов, ко­то­рые «вы­све­чи­ва­ют­ся» и да­ют ви­ди­мую вспыш­ку. Обыч­но в по­сто­ян­ном элек­трич. по­ле, ВЧ- и СВЧ-по­ле воз­бу­ж­де­ние ато­мов уда­ра­ми элек­тро­нов толь­ко тор­мо­зит раз­ви­тие Л. э., по­сколь­ку элек­трон те­ря­ет энер­гию на воз­бу­ж­де­ние и вы­нуж­ден сно­ва её на­би­рать. Ис­клю­че­ние со­став­ля­ют слу­чаи, в ко­то­рых воз­бу­ж­дён­ный атом ио­ни­зу­ет­ся при объ­е­ди­не­нии воз­бу­ж­дён­но­го ато­ма с не­воз­бу­ж­дён­ным в мо­ле­ку­ляр­ный ион, в га­зо­вых сме­сях, в ко­то­рых воз­мож­на ре­зо­нанс­ная пе­ре­да­ча воз­бу­ж­де­ния од­но­го ато­ма на ио­ни­за­цию дру­го­го (Пен­нин­га эф­фект) и в све­то­вых по­лях вы­со­кой ин­тен­сив­но­сти и час­то­ты, в ко­то­рых воз­бу­ж­дён­ный атом ио­ни­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те мно­го­кван­то­во­го фо­то­эф­фек­та (см. Оп­ти­че­ские раз­ря­ды).

Л. э. раз­ви­ва­ет­ся не­за­ви­си­мо в ка­ж­дом не­боль­шом эле­мен­те про­стран­ст­ва толь­ко в бы­ст­ро­ос­цил­ли­рую­щих по­лях (СВЧ-по­ле, оп­тич. по­ле), ко­гда ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний элек­тро­нов ма­ла. В по­сто­ян­ном элек­трич. по­ле Л. э. раз­ви­ва­ет­ся вдоль на­прав­ле­ния по­ля, и её лег­ко на­блю­дать и ис­сле­до­вать экс­пе­ри­мен­таль­но.

Впер­вые Л. э. на­блю­да­лись в Виль­со­на ка­ме­ре с дву­мя плос­ко­па­рал­лель­ны­ми элек­тро­да­ми, за­пол­нен­ной га­зом и па­рáми во­ды. Изу­че­ние Л. э. с по­мо­щью ка­ме­ры Виль­со­на ос­но­ва­но на том, что ио­ны, воз­ни­каю­щие в ла­ви­не, слу­жат цен­тра­ми кон­ден­са­ции пе­ре­сы­щен­ных па­ров, ко­то­ры­ми на­пол­ня­ет­ся ка­ме­ра. Л. э. изу­ча­ют так­же с по­мо­щью элек­трич. ме­то­да, ос­но­ван­но­го на том, что элек­тро­ны и ио­ны ла­ви­ны при про­хо­ж­де­нии раз­ряд­но­го про­ме­жут­ка соз­да­ют им­пульс то­ка и им­пульс на­пря­же­ния на со­про­тив­ле­нии, ко­то­рый мож­но ре­ги­ст­ри­ро­вать на ос­цил­ло­гра­фе.

Про­стран­ст­вен­ную кар­ти­ну раз­ви­тия Л. э. мож­но ус­та­но­вить, ис­поль­зуя оп­тич. ме­тод. Суть это­го ме­то­да в том, что элек­тро­ны соз­да­ют, кро­ме Л. э., ла­ви­ну воз­бу­ж­дён­ных мо­ле­кул га­за. Свет, ис­пус­кае­мый воз­бу­ж­дён­ны­ми мо­ле­ку­ла­ми, ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся фо­то­ум­но­жи­те­лем или элек­трон­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­те­лем, на эк­ра­не ко­то­ро­го мож­но по­лу­чить изо­бра­же­ние из­лу­чаю­щей ла­ви­ны.

Л. э. рас­ши­ря­ет­ся в по­пе­реч­ном на­прав­ле­нии вслед­ст­вие не­боль­шо­го диф­фу­зи­он­но­го рас­плы­ва­ния элек­трон­но­го об­ла­ка, центр ко­то­ро­го дви­жет­ся от ка­то­да к ано­ду со ско­ро­стью дрей­фа. При боль­шом чис­ле элек­тро­нов диф­фу­зи­он­ное рас­плы­ва­ние сме­ня­ет­ся бо­лее бы­ст­рым элек­тро­ста­тич. рас­тал­ки­ва­ни­ем.

За счёт вы­ры­ва­ния за­тра­воч­ных элек­тро­нов из ка­то­да или га­за фо­то­на­ми, ро­ж­дён­ны­ми в Л. э., от од­ной про­шед­шей ла­ви­ны мо­жет поя­вить­ся бо­лее чем од­на но­вая, т. е. на­ря­ду с раз­мно­же­ни­ем элек­тро­нов про­ис­хо­дит раз­мно­же­ние са­мих Л. э. Та­кое по­яв­ле­ние ла­вин­ных се­рий ле­жит в ос­но­ве та­ун­сен­дов­ско­го ме­ха­низ­ма про­боя га­зов.

Ко­гда элек­трич. по­ле на­рас­таю­ще­го про­стран­ст­вен­но­го за­ря­да элек­тро­нов и ио­нов в ла­ви­не дос­ти­га­ет ве­ли­чи­ны внеш­не­го по­ля, Л. э. мо­жет пе­рей­ти в стри­мер (см. Стри­ме­ры), на­чи­на­ет­ся стри­мер­ный про­бой.