Что же произойдет, если мы все же будем увеличивать напряжение?

Для того чтобы удобнее было проводить наблюдения, несколько изменим условия опыта, в частности изолируем газовый объем от внешнего и поместим электроды

в стеклянную трубку с разреженным газом. В этом случае, двигаясь в электрическом поле, электрон (или ион) постепенно набирает скорость, увеличивает кинетическую энергию. Однако, сталкиваясь на своем пути с нейтральными молекулами, он все время растрачивает энергию— передает часть ее молекулам. Но все же электрон «упрямо» стремится вперед, в направлении электрического поля, и под его действием опять увеличивает свою скорость. Пока энергия электрона мала, могут происходить только упругие столкновения электрона с атомом. При этом электрон резко изменяет направление движения и очень небольшую часть энергии передает тяжелой частице. Но картина меняется, если электрон за время своего свободного пробега между двумя столкновениями успел набрать кинетическую энергию, достаточную, чтобы перевести какой-либо электрон в атоме с нормального уровня на возбужденный. В этом случае удар уже будет неупругим, электрон при ударе возбудит атом, который через очень короткий промежуток времени испустит квант света. Следовательно, при повышении напряжения на электродах чувствительные оптические приборы зарегистрируют излучение света.

Дальнейшее увеличение разности потенциалов на электродах должно привести к ионизации атомов при соударении с электронами. В этом случае электрон должен приобрести на длине свободного пробега энергию, достаточную для того, чтобы оторвать электрон от нейтрального атома. Электрический ток в трубке начнет возрастать, так как увеличивается число носителей заряда. Носители заряда образуются уже не только за счет посторонних ионизаторов, но и вследствие ионизации первичными электронами нейтральных атомов газа. В свою очередь выбитые из атомов вторичные электроны, двигаясь к аноду, приобретают достаточную энергию и образуют все новые и новые ионы. Вместо одного электрона на пути к аноду возникает лавина электронов, состоящая уже из 10, 100 и даже 1000 новых электронов.

Не следует, однако, думать, что в трубке возник самостоятельный электрический разряд. Если мы трубку изолируем от внешних влияний и внешние излучения не будут производить первичных ионов, то ток в трубке прекратится, Газовый разряд возникнет только тогда, когда трубка сама начнет производить первичные ионы. Это произойдет очень скоро после небольшого дальнейшего повышения напряжения на электродах.

До сих пор мы говорили только о легких частицах — электронах. Но при ионизации атомов, кроме электрона, остается тяжелая частица, у которой не хватает электрона,— положительный ион. Медленно движущийся ион слабо ионизирует нейтральный атом. Но, ударяясь о катод, он выбивает из металла свободные электроны. Выбитые электроны устремляются к аноду и на своем пути образуют новые лавины электронов. Теперь уже ток в трубке не зависит от действия посторонних ионизаторов. Ток достигает большой величины и очень быстро растет с увеличением напряжения на электродах. Происходит электрический разряд в газе.