Газовий розряд: відмінності між версіями

Гази стають електропровідними при їх іонізації . Якщо Е. р. в р. відбувається лише при зухвалійвиклакаючій і підтримуючій іонізацію зовнішній дії (при дії т.з. зовнішніх іонізаторів), його називають несамостійним газовим розрядом. Е. р. в р., що продовжується і після припинення дії зовнішнього іонізатора, називається самостійним.

Одним з основних типів газового розряду, що формується, як правило, при низькому тиску і малому струмі (ділянка в на мал. 3 ), є тліючий розряд . Головні чотири області розрядного простору, характерні для тліючого розряду, це: 1 — катодний темний простір; 2 — тліюче свічення; 3 — фарадеївфарадеєвий темний простір; 4 — позитивний стовп. Області 1 — 3 знаходяться поблизу катода і утворюють катодну частину розряду, в якій відбувається різке падіння потенціалу ( катодне падіння ) , пов'язане з великою концентрацією позитивних іонів на кордоні областей 1 — 2. В області 2 електрони, прискорені в області 1 , виробляють інтенсивну ударну іонізацію. Тліюче свічення обумовлене рекомбінацією іонів і електронів в нейтральні атоми або молекули. Для позитивного стовпа розряду унаслідок постійної і великої концентрації електронів характерні незначне падіння потенціалу в нім, свічення, що викликається поверненням збуджених молекул (атомів) газу в основний стан (стан з наїнижчоюнайнижчою можливою енергією), і велика електропровідність.

Стаціонарність в позитивному стовпі пояснюється взаємною компенсацією процесів освітиутворення і втрат заряджених часток. Утворення таких часток відбувається при іонізації атомів і молекул в результаті зіткнень з ними електронів. До втрат заряджених часток приводить амбіполярна дифузія до стінки судини, що обмежує розрядний об'єм, і наступна за цим рекомбінація. Дифузійні потоки, направлені не до стінки, а уздовж розрядного струму, часто ведуть до освітиутворення в позитивному стовпі своєрідних «шарів» (зазвичай рухомих).

При коронному розряді іонізація не приводить до пробою, тому що сильна неоднорідність електричного поля, що обумовлює її, існує лише в безпосередній близькості від дротів і острієв. Коронним розрядом є процес, що багато разів повторюється, піджигапідпалу, який поширюється на обмежену відстань від провідника — до області, де напруженість поля вже недостатня для підтримки розряду. Іскровий розряд, на відміну від коронного, приводить до пробою. Цей Е. р. в р. має вигляд переривистих яскравих що зигзагоподібнихзиґзаґоподібних розгалужуються, заповнених іонізованниміонізованим газом (плазмою), ниток-каналів, які пронизують проміжок між електродами і зникають, змінявшись новими. Іскровий розряд супроводиться виділенням великої кількості тепла і яскравим свіченням. Він проходить наступні стадії: різке множення числа електронів в сильно неоднорідному полі поблизу провідника (електроду) в результаті послідовних актів іонізації, що починаються небагатьма, випадково виниклими вільними електронами; утворення електронної лавини; перехід лавини в стримери під дією просторового заряду, коли щільність заряджених часток в головній частині кожної лавини перевищить деяку критичну. Спільна дія просторового заряду, іонізующих електронів і фотонів в «голівці» стримера приводить до збільшення швидкості розвитку розряду. Прикладом природного іскрового розряду є блискавка, довжина якої може досягати декілька км, а максимальна сила струму — декількох сотень тисяч ампер.

До теперішнього часу (1970-ті рр.) всі види Е. р. в р. досліджуються і застосовуються в багатьох галузях науки і техніки. Тліючий, дуговий і імпульсні розряди використовуються при збудженні газових лазерів. ПлазматрониПлазмотрони, в яких основним робочим процесом служить дуговий або ВЧ(висока частота) -разрядрозряд, є важливими пристроями у ряді областей техніки, в частковості при здобутті особливо чистих напівпровідників і металів. Потужні плазмотрони використовуються як реактори в плазмохімії . На вживанні іскрового розряду засновані прецизійні методи електроіскрової обробки . При фокусуванні лазерного світлового випромінювання відбувається пробій повітря у фокусі і виникає безелектродний розряд (подібний ВЧ(висока частота) -разрядурозряду і іскрі), називається лазерною іскрою. Потужні, сильноточнівисокострумові розряди у водні служили першими кроками на шляху до керованого термоядерному синтезу .

В системі природних наук вивчення Е. р. в р. займає місце у фізиці плазми. При Е. р. в р. утворюється низькотемпературна плазма, для якої характерна мала міра іонізації. На відміну від високотемпературної (повністю іонізованнойіонізованої) плазми, в низькотемпературній плазмі атоми або молекули нейтрального газу грають важливу роль. Електрони, іони і нейтральні частки «м'яко» взаємодіють. Внаслідок цього може виникнути термодинамічно нерівноважна ситуація, при якій електрони, іони і нейтральний газ мають різні температури. Ця ситуація ще більш ускладнюється, якщо в балансі енергії Е. р. в р. не можна нехтувати світловим випромінюванням (наприклад, в сильноточнихвисокострумових дугових розрядах). У таких випадках низькотемпературну плазму необхідно описувати за допомогою кінетичної теорії плазми.