Электродинамика газового разряда. Типы разрядов в постоянном электрическом поле. Статическое состояние в окрестности эмитирующего катода (модель Маккоуна). Искровой и коронный разряды

15. Электродинамика газового разряда. Процессы, изучаемые в электродинамике газового разряда. Типы разрядов в постоянном электрическом поле. Классификация разрядов по различным признакам. Анодный ток. Температура заряженных частиц Частота упругих соударений электронов с нейтральными и заряженными частицами. Самостоятельный разряд. Ионизация и пробой в постоянном поле Тлеющий разряд Амбиполярная диффузия слабоионизированной плазмы. Рекомбинация. Положительный столб тлеющего разряда. Вольт - амперная характеристика (ВАХ) разряда между электродами. Статическое состояние в окрестности эмитирующего катода (модель Маккоуна). Дуговые разряды Искровой и коронный разряды.

15.1. Процессы, изучаемые в электродинамике газового разряда. При достаточно высоком напряжении электрического поля, в газе происходит ионизация нейтральных частиц. Нейтральная газовая среда становится проводником электрического поля. Это явление называется электрическим пробоем, оно сопровождается свечением (зажигание разряда). В быстропеременных электрических полях и в полях электромагнитных излучений для протекания тока не требуется существования замкнутой цепи. Не требуются так же электроды. Диссипация энергии при этом интерпретируется как поглощение излучения. В случае постоянного или низкочастотного электрических полей диссипация энергии трактуется как выделение джоулева тепла током.

Электродинамика газового разряда изучает процессы, связанные с протеканием электрического тока в газах, с возникновением под действием поля способности проводить ток и поглощать электромагнитные излучения, изучает вопросы поведения ионизированных газов в электромагнитных полях и взаимодействия их с этими полями. Содержание электродинамики газового разряда перекрывается с процессами, изучаемыми электродинамикой плазмы, однако, электродинамика газового разряда в основном имеет дело с низкотемпературной плазмой, умеренной или большой плотности.

15.2. Типы разрядов в постоянном электрическом поле. Простейшим устройством для изучения газового разряда является стеклянная газоразрядная трубка, имеющая два электрода и источник постоянного напряжения. В этой трубке желательно иметь возможность менять давление и варьировать состав газовой среды. Длина трубки берется порядка единиц или десятков сантиметров, а диаметр трубки составляет единицы сантиметров. Под действием постороннего ионизатора, накаливания катода и других посторонних причин возникает несамостоятельный разряд и ток. Увеличение электрического напряжения сначала приводит к возрастанию тока, затем к насыщению его и наконец при некотором определенном значении напряжения (оно зависит от рода и давления газа, расстояния между электродами, материала катода) ток резко возрастает и появляется свечение. Это происходит пробой. Начальная стадия пробоя обусловлена наличием затравочных электронов, но при достаточной величине напряжения, разряд становится самостоятельным, он поддерживается только электрическим полем.  Происходит это благодаря лавинообразному «размножению» электронов в результате ионизации нейтральных частиц газа.

1. При небольшом давлении, например и большом сопротивлении внешней электрической цепи возникает тлеющий разряд. При напряжениях порядка сотни и тысячи вольт протекает ток величиной . Область, удаленная от электродов, называется положительным столбом. В этой области  слабоионизированная плазма имеет степень ионизации порядка . Характерной чертой этой плазмы является большое различие температур электронов и ионов . Механизм электронной эмиссии с катода – вторичная эмиссия (электроны выбиваются из холодного металла ударами положительных ионов или световыми квантами.)

2. Если давление газа высоко (порядка атмосферногого: ), а сопротивление внешней цепи мало, то после пробоя зажигается разряд другого типа - дуговой. Для дуги характерен сильный ток (более ампера),низкое напряжение (десятки вольт) и яркий столб. Столб дугового разряда – это плотная термодинамически равновесная плазма  и степень ее ионизации . Электронная эмиссия происходит за счет термоэлектронного механизма («испарение » электронов с катода благодаря высокой температуре).

3. Искровой разряд возникает при давлениях порядка или выше атмосферного и не слишком малых расстояниях между электродами (больше сантиметра). Происходит короткое замыкание электродов искровым плазменным каналом. Грандиозным примером искрового разряда является молния.

       4. Коронный разряд возникает в сильно неоднородных полях (например, разряд около заостренных электродов).

15.3. Классификация разрядов по различным признакам. Как уже отмечалось, установившиеся стационарные разряды разделяются на: А) несамостоятельные и Б) самостоятельные. Последними будем заниматься ниже.

       Различие по катодному процессу в стационарных и в квазистационарных разрядах постоянного тока:1) тлеющий, 2) дуговой, 3) темный таунсендовский разряд, 4) коронный разряд.

Быстротечный процесс: искровой разряд.

Классификация по другим признакам:

    I) характер состояния ионизированного газа, который подвергается       воздействию внешнего поля: