Лавинно-стримерный переход. Структура стримера. Головка стримера. Катодонаправленный и анодонаправленный стримеры при импульсном воздействии напряжения, страница 9

Перепишем производные при помощи следующих соотношений:

Возвращаясь к (10), получаем:

Согласно соотношению Эйнштейна, отношение коэффициента диффузии D_e к подвижности µ_e есть средняя энергия электронов T_e, выраженная в электронвольтах. Учитывая это, получаем:

                                                                                               (11)

В данном выражении нас интересует не порядок величины, а сам знак производной – растет собственная напряженность лавины или падает. В неоднородном поле резкий рост напряженности происходит благодаря быстрому изменению коэффициента α_эфф.

Стримерно-лидерный переход.

 

Лидер и стример — образования одного типа. Оба — плазменные каналы, са­моподдерживающимся образом прорастающие в сравнительно низком внешнем поле, не достаточном для ионизации. Параметры вершин­ных частей каналов (плотности электронов, радиусы) сопо­ставимы, различаются лишь на один-два порядка. Плазма стримера склонна к потере проводимости (особенно в воз­духе) из-за прилипания электронов, плазма лидера — нет. Различие связано с температурой газа в вершине канала, которая зависит от силы тока и мощности, выделяемой на единице длины. Повышенная температура в лидерной го­ловке подавляет эффект прилипания электронов. Это от­крывает путь к дальнейшему повышению температуры и ионизации.

Непосредственное образование лидера из лавин канала с достаточным для нагрева газа током не осуществляется, т.к. еще до этого происходит лавинно-стримерный переход. Стоит числу электронов дорасти до некоторого не чрез­мерно большого числа, а радиусу лавины до весьма малого значения r₀, как лавина тотчас превращается в стример с таким же радиусом, слабым током и малой погонной мощ­ностью. Для лавинно-лидерного перехода лавине нужно было бы порасти еще, но лавинно-стримерный переход рост пресекает. Поэтому достаточно сильноточный лидерный канал может образоваться только путем объединения стри­меров.

Ток, протекающий по каналу стримера, по отношению к источнику питания может трактоваться как ток смеще­ния, обусловленный изменением емкости и напряжения на промежутке (т.е. конфигурации и суммарной энергии элек­тростатического поля, при появлении проводящего   эле­мента). Особенности емкостного тока позволяют оценить энергию, поставляемую в канал от источника напряжения, без априорных сведений о проводимости и характере изме­нения во времени.

Когда стримеры достигают противоположного электрода, ситуация принципиально меняется, т.к. весь про­межуток соединен проводящими элементами. Экспоненци­ально растут ток и скорость удлинения канала лидера (до ~10—10³А и 100см/мкс). Переход лидера в сквозную фазу можно считать достаточным условием пробоя проме­жутка.

Формирование лидера в межэлектродном пвомежутке промежутке в воздухе принципиально  возможно, если потенциал его головки  = 200-300 кВ.

Различаются три основных структурных элемента ли­дера: канал, головка и стримерная зона (рисунок . IV.7.1313).

Рисунок 13. Схема структурных  элемен­тов лидерного пробоя.

Рис.    Схема структурных  элемен­тов лидерного пробоя

                                                                                    

Наибольшая интенсивность излучения света в видимом диапазоне характерна для лидерной головки. Излучение из канала намного слабее.

Выделяются начальная и сквозная фазы лидерного про­цесса, принципиально отличающиеся по своим характери­стикам. Начальная фаза длится с момента возникновения лидера до контакта стримерной зоны с поверхностью электрода противополож­ной полярности либо со стримерной зо­ной встречного лидера. Затем начина­ется сквозная фаза. Главное отличие на­чальной фазы в том, что ее стримеры прекращают свое развитие в межэлек­тродном пространстве, оставляя там весь объемный заряд. В сквозной фазе, по крайней мере, часть заряда переносится стримерами на противоположный элек­трод, покидая промежуток, и потому в значительно меньшей степени ослабля­ется поле перед головкой лидера. Все ионизационные процессы интенсифицируются, и при неизменном напряжении на промежутке ско­рость удлинения лидерного канала в сквозной фазе оказы­вается на один-два порядка больше, чем в начальной фазе.