Лавинный механизм пробоя газов.
Путь к знанию природы и закономерностей пробоя шел не только лишь через исследования молнии и лабораторных искр в воздухе. Иная дорога (сначало наиболее обоснованная логически) вела от исследования разряда в газах низкого давления. Сначала века, когда начались периодические опыты, воззвание к разреженному газу было полностью естественным — такие опыты не добивались огромных напряжений и их можно было проводить в лабораторных критериях. Сами газоразрядные процессы тут оказались проще, чем в искровом разряде, и много доступнее как для наблюдения, так и для теоретического описания. Все 1-ые главные успехи в физике разряда соединены с газами низкого давления. Результатом их исследования явилась лавинная теория пробоя, сделанная сначала века Таунсен-дом [1.5—1.7]. Сущность таунсендовского механизма разряда заключается в последующем.
Пусть в плоском промежутке длиной d с однородным полем вследствие каких-либо наружных обстоятельств возникает электрон. По сути это быть может несколько и даже много электронов, рождаемых в газе либо вырываемых с катода под действием галлактических лучей, радиоактивности, ультрафиолетового излучения. Нередко, чтоб убыстрить процесс пробоя, катод специально облучают. В электронном поле (Е = U/d, где U — напряжение, приложенное к плоским электродам) электрон набирает энергию и ионизует атом (молекулу), затрачивая на это приобретенную энергию. В итоге возникают два неспешных электрона (один новейший и один старенькый). Они набирают энергию в поле и опять ионизуют атомы и т. д. Так развивается электрическая лавина, при этом все электроны стремительно дрейфуют под действием поля в направлении анода, а еще наиболее томные положительные ионы еще медлительнее растягиваются к катоду. Достигая катода, ион с некой вероятностью 7 выбивает из катода новейший электрон — это именуется катодной либо вторичной ионно-электронной эмиссией. Новейший электрон порождает новейшую лавину, ионы которой опять растягиваются на катод и т. д.
Ежели в каждом новеньком цикле число электронов, вышедших с катода, миниатюризируется по сопоставлению с предшествующим, а так случается при недостаточно сильном поле и не чрезвычайно интенсивной ионизации, ничего такого особенного в газе не происходит. Просто временами возникают заряженные частички, позже исчезают, будучи вытянутыми полем на электроды. Но ежели поле довольно мощное, число электронов в новеньком цикле оказывается больше, чем в прошлом. Тогда вместе с размножением электронов в каждой лавине происходит размножение самих лавин, и чрезвычайно стремительно весь просвет заполняется зарядами, плотность которых до поры до времени неудержимо наращивается. Поперечное сечение промежутка может заполняться зарядами, даже ежели процесс начался от 1-го электрона, потому что электроны в лавине диффундируют и расталкиваются в своем электронном поле, двигаясь также и в поперечном направлении. Не считая электронов в каждой лавине появляются фотоны, в том числе энергичные, способные ионизовать газ на неком удалении от лавины. Фотоны умеренно излучаются во всех направлениях, включая поперечное движению лавины. Так вырастает ширина размера промежутка, заполненного лавинами. Разряд может стать большим в буквальном смысле этого слова, когда весь размер газа меж электродами ионизуется в большей либо наименьшей степени. Так происходит лавинный пробой промежутка.
Ежели источником напряжения служит конденсатор, он разряжается и на этом все завершается. Ежели источник способен продолжительно генерировать напряжение, в промежутке загорается стационарный разряд, обычно тлеющий либо черный (таунсендовский), когда источник чрезвычайно слабенький. Ежели источник владеет достаточной мощностью, может зажечься дуговой разряд. В данном случае ионизованный газ уже не заполняет всего размера меж электродами. Иони-зованное состояние сохраняется лишь в канале дуги, которому, как мы гласили, в известной мере подобен шнур искрового Разряда. Щнурование, т. е. стягивание плазмы в узкий канал, по которому лишь и вдет ток, при определенных критериях наблюдается и в тлеющем разряде — это именуется контракцией. Контрагированный тлеющий разряд имеет общие черты с дуговым, но не тождествен ему. Вообщем, к нашей дилемме это имеет косвенное отношение. Мы упоминаем о этом лишь потом, чтоб выделить, что не всякий плазменный шнур есть свидетельство искрового разряда.
Таунсендовский механизм, положенный в базу количественной теории, дозволил верно обрисовать почти все принципиальные характеристики электронного разряда в газах низкого давления [1.5—1.7]. А именно, было установлено, что уровню характерны определенные законы подобия. Так, пробивное напряжение зависит от длины промежутка d и давления газа р не по отдельности, а от их произведения pd. Это оказалось справедливым для медлительно меняющихся напряжений при pd <200 Тор-см, когда полностью справедлив таунсендовский механизм. Для огромных значений pd теория дает отличия от опыта, которые получают нрав фатальных, когда pd > 1000 Тор-см. При атмосферном давлении уже в промежутке длиннее 1 см лавинная теория встречает настоящие трудности. Основная из их связана с временем формирования пробоя. Размножение лавин — процесс неспешный. Для поочередного ионизационного нарастания необходимо время на неоднократные пробеги лавин по промежутку. Лавина движется со скоростью дрейфа электронов (раздел 2.1) и до этого, чем она хотя бы один раз пересечет просвет, пробой по лавинной теории наступить не может. В реальности, при огромных pd все происходит много резвее, в особенности в длинноватых промежутках с резко неоднородным полем, где расхождения меж теорией и тестом исчисляются порядками величин.
Лавинная теория не может разъяснить еще 1-го достоверного и принципного экспериментального факта — возможности искрового разряда продвигаться в той части разрядного промежутка с резко неоднородным полем, где напряженность чрезвычайно мала и очевидно не достаточна для ионизации. К началу 30-х годов стала ясной острая потребность в новейшей теории, направленной на явление искрового разряда.
http://www.electrod.ru/ar370-page2.html