Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
будет замещен за счет вторичных процессов новым выбитым из катода
электроном. С точки зрения теории управления' это будет механизм с
положительной обратной связью (регенерация вышедших с катода электронов),
приводящий к неустойчивому со*
266
7. Теория процесса разряда
стоянию, которое кончается пробоем. Достаточно весьма небольшого
увеличения напряжения сверх статического потенциала пробоя, чтобы
привести к пробою и, следовательно, критерий самоподдерживающегося
разряда является по существу критерием пробоя.
Для более детального рассмотрения процессов ионизации в однородных
межэлектродных промежутках, а также различных вторичных процессов
читатель отсылается к работам [29-31, 34, 57]. В этих работах показано,
что для всех рассмотренных вторичных процессов критерий пробоя, данный
уравнением (7.10), остается по существу неизменным.
7.2.3. Явления разряда в присутствии пространственного заряда
Теория ионизации в однородном электрическом поле, данная в разд. 7>2.2,
справедлива, пока электрическое поле, созданное электронами и ионами,
находящимися в разряде, мало по сравнению с внешним полем. Однако для
возникновения пробоя необходимы большие поля, вызванные пространственным
зарядом. Эти поля играют важную роль в создании областей с высокой
проводимостью между катодом и анодом, которые характеризуют пробой во
всем разрядном промежутке.
Рассмотрим явления, вызванные наличием пространственного заряда в зазоре
с плоско-параллельными электродами при приложении к ним ступенчатого
напряжения. Рейзер [57] установил, что существуют два механизма пробоя.
1. Относительно медленный механизм, нестационарная теория которого
является модификацией теории, изложенной в разд. 7.2.2 с учетом искажения
полей, вызванных пространственным зарядом. В медленном механизме (который
Рейзер назвал генерационным, или таун-сендовским, механизмом)
межэлектродный промежуток, прежде чем произойдет пробой, пересекает
множество последовательных электронных лавин.
2. Быстрый механизм, в котором первая лавина развивается непосредственно
в канале высокой проводимости за счет образования стримера. Идея стримера
была разви-
t.2. Механизмы разряда
26?
та в 30-х годах независимо Лебом [39] и Рейзером [57]. Они определили
стример как нитевидный разряд с сильными полями, вызванными
пространственным зарядом, на конце и перед концом нити. Предполагается,
что эти поля усиливают ионизацию за счет столкновений и фотоионизацию на
конце нити, что приводит к удлинению нити. Фотоионизация играет важную
роль в механизме стримера и, как полагают, является неотъемлемой частью
положительных стримеров, распространяющихся по направлению к катоду.
Вопрос о том, действительно ли существуют два различных механизма пробоя
в однородном межэлектродном промежутке, является спорным. По мнению
некоторых исследователей [74, 75], механизм стримера является просто
разновидностью генерационного, или таунсендов-ского, механизма, и
наблюдаемые характеристики "стримера" являются главным образом следствием
ионизации за счет столкновений в полях, искаженных пространственным
зарядом, а фотоионизация в газе не играет существенной роли.
Были опубликованы [8, 23, 24, 47, 48, 74, 75] расчеты роста ионизации в
условиях искажения поля пространственным зарядом. Недавно Вагнер [72, 73]
опубликовал результаты экспериментального исследования стримера пробоя в
промежутке с плоско-параллельными электродами.
Электрические поля, которые приводят к разряду молнии, чрезвычайно
неоднородны. Они сильны у основания облака и слабы у земли. Поскольку
пробой должен начинаться в области с высокой напряженностью поля, то
разряд молнии на землю должен распространяться из области с высокой
напряженностью поля в область с низкой напряженностью.
Пробой в неоднородном межэлектродном промежутке обычно описывается на
основе модели стримера. Подробности о пробое в таком промежутке даны у
Леба [36, 37]. Обычно разряд начинается с распространения светящихся -
импульсов ионизации от электрода с высокой напряженностью поля в область
с низкой напряженностью. Эти началь--ные импульсы были названы Лебом [36]
первичными стримерами. В результате действия многочисленных первич-
268
7. Теория процесса разряда
ных стримеров в пространстве между электродами распространяется
относительно узкий светящийся канал. Этот светящийся канал был назван
Лебом [36] вторичным стримером. После того как вторичный стример соединит
электроды, от электрода с низкой напряженностью поля к электроду с
высокой напряженностью распространяется возвратный удар, переводя канал
разряда в состояние высокой проводимости. В большей части старой
литературы по пробою в неоднородном межэлектродном промежутке упоминаются
только вторичный стример и' возвратный удар.
Если рассматривать вторичный стример как хороший проводник, то он должен
быть самораспространяющимся, поскольку он несет потенциал одного из
электродов и, следовательно, имеет высокую напряженность электрического
