Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
В этом случае напряжение зажигания самоподдерживающейся короны можно приближенно рассчитать, используя критерий типа
(4.81) с учетом зависимости a (z):
Здесь сохранены все прежние обозначения: az — среднее значение коэффициента ионизации в коронирующем слое.
(8.23)
•а+г ехр f а (z) dz Ta* г
(8.24)
За ld/Tcx0d
230
Визуально при коронном разряде с отрицательного острия наблюдается следующая картина. Вблизи катода существует узкое темное пространство, которое обусловлено недостатком ионизации и возбуждения на первых длинах свободного пробега электронов, образованных вблизи катода. Затем следует яркое разрядное свечение, созданное лавинами, т. е. непосредственно коронирующий слой. Яркость и размер этого слоя возрастают с увеличением поля. Далее, в области, где электроны замедляются, опять существует большое темное пространство с незначительной ионизацией. Еще далее, там, где электроны прилипают к молекулам, можно видеть слабое свечение, обусловленное накоплением отрицательного пространственного заряда. Последовательность событий, происходящих в коронном разряде, показана на рис. 8.1.
Таким образом, разряд с отрицательного острия представляет собой самогасящееся явление, обусловленное быстрым убыванием поля вдали от острия, а также накоплением положительного пространственного заряда.
При увеличении поля возможно превращение отрицательной короны в анодный стример. Электроны производят сильную ионизацию, образуя мощную лавину. Передние электроны, находясь в усиленном поле, способствуют прорастанию стримера к аноду, а задние тормозятся положительными ионами и нейтрализуют их, образуя проводящую квазинейтральную плазму. Электрическое поле оказывается сосредоточенным на фронте стримера, и получается электрическая волна с максимумом амплитуды на головке стримера. При достаточно сильном поле стример может пересечь весь промежуток и образовать искру.
Если подать на острие положительный потенциал, то случайный электрон, образованный вблизи положительного острия, движется к нему, образуя лавину электронов и положительных ионов. Ионы дрейфуют к катоду плоскости — и выбивают из него электроны. Электрон, вылетающий из катода, находится в слабом поле и прилипает к молекуле, образуя отрицательный ион, который медленно дрейфует к острию. На расстоянии несколько длин свободных пробегов от острия поле становится достаточно сильным [из экспериментов Лёба [1] следует, что должно быть Elp ж 90 в!{см-мм рт.ст.)], чтобы разрушить отрицательный ион. Образованный при этом электрон даст начало новой лавине и т. д.
Существование положительной короны даже в том случае, когда плоскость—катод—находится далеко, говорит о том, что здесь также в образовании вторичных электронов большую роль играет фотоионизация газа собственным излучением.
Лёб [6] записал условие появления самоподдерживающейся положительной короны по аналогии с условием самостоятельности разряда с фотоионизацией газа в качестве вторичного механизма:
(8.25)
231
Здесь г—радиус конца острия; P — вероятность возникновения электрона при поглощении фотоионизирующего фотона лавины на расстоянии от поверхности острия, превышающем а\ а— расстояние от острия, на котором первый коэффициент ионизации Таун-
Рис. 8.1. Схематическое изображение распределения плотности ионов, потенциала, формы импульса и визуальной картины разряда в случае отрицательной короны с острия:
---------падение потенциала при отсутствии короны [7]
сенда а становится очень малым (по расчетам Лёба, это расстояние, на котором а ~ 1); /— отношение числа фотоионизирующих фотонов к числу электронов в лавине.
Условие Лёба (8.25) можно считать правильным только в том смысле, что в нем заложены реальные физические процессы, протекающие в положительной короне, HO его явный вид не позволяет вести конкретный расчет, так как Лёб ничего не говорит о природе фотоионизирующего излучения и его законе поглощения.
Момент времени А
катооное —’ пространстдо
Фарадеев о темное А п ^ Время
о L_____________о Г)п////л/гпэптиллгт
пространство Осциллограмма
Момент времени В
Плотность
ионов
Потенциал
7
/
232
С нашей точки зрения, напряжения зажигания положительной короны можно получить также из условия (8.24), так как механизм фотоионизации здесь, по-видимому, тот же, т. е. ионно-молекулярная химическая реакция вида (4.37). Это предположение подтверждается тем, что согласно экспериментальным данным потенциалы зажигания отрицательной и положительной короны в воздухе примерно одинаковы. Правда, в других газах эти потенциалы различаются, причем в некоторых на заметную величину. Это можно объяснить тем, что в этих газах сечение реакции (4.37), по-видимому, мало и катодные процессы начинают играть более значительную роль в пробое. В этом случае для отрицательной короны формула (8.23) более предпочтительна. Для положительной короны и в этом случае критерий (8.24) остается верным, так как процессы на катоде apriori не участвуют в разряде.
При достаточно сильном поле вблизи положительного острия случайный электрон вызывает возбуждение и ионизацию газа. Электроны лавины притягиваются к острию, оставляя положительные ионы, которые образуют как бы продолжение острия. Фотоэлектроны, образованные ,вблизи этого квазиострия, дают начало новым лавинам, вливающимся в канал квазиострия. Таким образом возникает коронный стример. Благодаря меньшей кривизне квазиострия из-за диффузии и кулоновского расталкивания поле у его поверхности оказывается меньше, и в конце концов на некотором расстоянии от острия стример затухает.
