1 (Е) для разряда в воздухе, ограниченного капилляром; 2—для

разряда в парах взрываемой током проволочки; 3 — для разряда

в ксеноновых трубчатых импульсных лампах.

На рис.6 представлены обобщенные графики, вы­ражающие зависимости плотности тока насыщения, а также соответствующих удельных проводимости  и со­противления р от напряженности электрического поля в столбе импульсных разрядов. Как видно из рисунка, точки для разрядов в совершенно различных средах удовлетворительно ложатся на единые графики, которые в очень широких диапазонах изменения напряжения и плотности тока могут быть представлены аналитически­ми выражениями (в единицах В, А, Ом, см):

 = 3,17Е^2/3 ;  = 0,317Е^-2/3; j = 3,17Е^5/3;

 = 2j^0.4.

То обстоятельство, что, судя по существованию еди­ных графиков, насыщение плотности тока после бурного первичного нарастания как бы не зависит от природы ато­мов газа, позволяет из двух названных выше возможных причин насыщения выбрать причину 2, объясняющую насыщение переходом от рассеяния электронов атомами (существенно различным для разных атомов) к рассея­нию электронов ионами, электрическое поле которых одинаково для всех газов.

4 Теория расширения разряда

Для двух видов импульсного разряда — ограниченно­го и не ограниченного стенками - расширение канала играет не одинаковую роль и в целом протекает по-раз­ному. Однако начало расширения различается для них лишь количественно и может рассматриваться одновре­менно. Теория расширения канала разряда, основанная на представлениях о газодинамическом взрыве, выработан­ных Зельдовичем, Седовым и Райзером, была развита в работах Драбкиной, Брагинского и др. Чисто газокинетическая теория Драбки­ной основана на упрощенном предположении, что рас­ширение канала происходит под действием быстро выде­ляющейся значительной порции энергии в тонком (диа­метром около 0,1 мм) канале. Параметры разрядного конту­ра и некоторые параметры газоразрядной плазмы (на­пример, ее удельная проводимость и излучение) в тео­рии не учитываются. При этом предполагается, что гра­ницы нагретого газового столба (под термином «канал» подразумевается вся область возмущенного газа, а под термином «столб» разряда собственно проводящая об­ласть сильно ионизированного газа, нагретого до высо­кой температуры), в котором устанавливается термоди­намическое равновесие, действуют на окружающий газ подобно цилиндрическому «поршню» и перемещаются со сверхзвуковой скоростью, вызывая формирование впере­ди поршня ударной волны. Диффузией электронов и ионов, а также теплопроводностью и конвекцией, как не могущими объяснить сверхзвуковых скоростей расшире­ния канала, которые требуют скачка давления порядка десятка атмосфер, теория пренебрегает.

Эта простейшая теория намечает правильную качест­венную и количественную картину расширения канала. Однако другие параметры, определяющие излучение раз­ряда, ею не охватываются. Допущенными в теории упрощениями, в частности, не учтены следующие обстоя­тельства:

а) Возможное искажение распределений температу­ры и плотности газа внутри столба из-за неоднороднойпроводимости различных слоев высокоионизированного газа.

б) Аналогичное влияние поверхностного эффекта и магнитного давления показывается, что в области параметров, присущих разрядам в импульсных лампах, это влияние невелико, хотя при значительно меньших начальных плотностях газа и весьма высоких напряженностях электрического поля, энергиях и длинах разряда с существенно большими радиусами столба по­верхностный эффект и магнитное давление должны играть существенную роль; это действительно обнару­живается в длинных разрядах типа молнии, а также в импульсных разрядах, используемых в сугубо лабора­торных установках для получения сверхвысоких темпе­ратур или сверхмощных световых импульсов; особенно выраженная нестабильность столба при коротких разрядах в водороде, возможно, так­же объясняется существенной ролью магнитных сил).

в) Существование помимо газодинамического расши­рения других видов переноса энергии (формальный учет выводимой излучением мощности путем приравнивания столба к черному телу равных размеров мало продуктивен). Нетрудно, видеть, что не учтенные теори­ей виды переноса энергии должны способствовать сни­жению предсказываемых ею высоких градиентов тем­пературы Т и плотности газа внутри плазменного столба .

С целью восполнения названных пробелов теории за счет усложнения принципа автомо-дельности была приближенно учтена проводимость раз­рядного столба и введена поправка на излучение в предположении о водородоподобных атомах.

Получен­ные зависимости радиуса канала, а также температуры от ₀ и разрядного тока при оптически прозрачной плазме и допущении однородности распределения в канале пара­метров Т,  и р (давления) согласуются с экспериментом примерно так же, как результаты расчета на основе газокинетической теории. Рассматривалась возможность расширения канала только за счет радиальной диффузии электронов и излучения, что при сравнительно низких температу­рах (малые напряжения питания или большая индуктивность L) перенос тепла может происходить за счет теп­лопроводности, а при высоких - за счет излучения. В настоящее время с учетом работ перенос энергии в горячей части канала в зависи­мости от условий разряда приписывается трем механиз­мам: электронной и лучистой теплопроводностям (коэф­фициенты теплопроводности зависят от Т) и так называемому «лучистому переносу» в оптически тонкой плазме. В последнем случае в отличие от двух первых механизмов температура газа может существенно меняться на расстоянии средней длины свободного пробега квантов излучения..

Особое место занимают работы, касающиеся теории расширения сверхмощных разрядов в воздухе, иниции­рованных электрическим взрывом тонких проволочек, в которых столб разряда оптически непрозрачен. В этих работах учитывались все виды переноса энергии за счет еще большего усложнения принципа автомодельности. Рассмотренная модель от­носится к разрядам, занимающим по условиям переноса энергии промежуточное место между оптически прозрач­ной электрической искрой, в которой расширение может быть объяснено преимущественно в рамках газодинами­ки, и случаем быстрого нагрева толстого воздушного слоя до высоких температур (около 300 000 К), при ко­тором вынос тепловой энергии к периферийным слоям происходит со значительно большей скоростью, чем обусловленная газодинамикой скорость движения час­тиц газа. При сравнительно низкой температуре (десят­ки тысяч Кельвинов) и значительной толщине нагрето­го воздушного столба существенную роль играет погло­щение излучения в периферийных слоях, и имеют место оба механизма расширения границы плазменного столба. Такой промежуточный случай получил название «теп­ловой волны второго рода».

Наконец, еще одна модель расширения разрядного канала, основывается на том, что граница высокоионизированного столба при элект­рическом разряде расширяется подобно фронту детона­ции и дефлаграции горючих газов. Предпола­гается, что движение границы (или «тепловой волны») происходит как бы двумя этапами: нагрев окружающе­го столб газа за счет перечисленных механизмов пере­носа до температуры (10 - 15)*10³ К (при которой насту­пает скачкообразное нарастание проводимости  до зна­чения, сравнимого с  внутри столба) и затем дальней­ший прогрев этого слоя током до температуры, равной температуре столба. Полученные аналитические выра­жения экспериментально подтверждаются для длинных (десятки сантиметров) разрядов в воздухе при относи­тельно небольших энергиях. Возможно, эта модель спо­собна стать основой построения общей теории для различных типов разрядов (в том числе и в инертных газах).

Все теории, уточненные по сравнению с газокинетиче­ской, можно достаточно хорошо проверить эксперимен­тально на воздушных разрядах. Для инертных газов(и их смесей с молекулярными) такое сравнение затруд­нено незнанием ряда физических констант. Таким обра­зом, для разрядов, наиболее широко используемых в импульсных лампах, теория ждет еще своего уточнения.

Ввиду отсутствия достаточно полного теоретического механизма, применимого к разрядам в импульсных лампах, картину расширения таких разрядов целесооб­разно интерпретировать в рамках удовлетворительно согласующейся с экспериментом газодинамической тео­рии.