Лекция №11 Искровой разряд Искровой разряд

1. Внешняя картина

Возникает при давлении и , т.е. при напряжении >U_{пробивное} (перенапряжении). Разряд нестационарен (Искра, молния)

Формируется канал, ток 10^-4-10^-5А. При достаточной мощности источника – образуется катодное пятно и дуговой разряд.

Таунсендовский механизм размножения лавин не годитсяпри , т.к.

1. На U_пробне слияет материал катода ( значение γ)

2. Пробой развивается быстрее, чем при размножении лавин через катодную эмиссию

3. Скорость лавины ~10⁷см/c(измерено 1,25·10⁷см/c), что отвечает подвижности электронов, а скоростьстримера– 3-4·10⁸см/cи он может распространяться и к катоду, и к аноду

Лидер – от одного электрода к другому, проводимость лидера >> проводимостистримера. Лидер развивается по следам стримеров.

2. Одиночная электронная лавина

- коэф ионизации

- коэф. Прилипания

Уравнения определяющие нарастание заряженных частиц в лавине

Решения:

Электроны летят к анодусо скоростью дрейфа

Из-за диффузии облако электронов расплывается около точки ,

Плотность электронов определяется уравнением диффузии. Поток

,

где q– число прилипших электроднов в 1 см³ в 1 с (источник)

В книге (Лозанский Э.Д., Фирсов О.В., Теория искры, 1975 г) приведено решение

Т.е. плотность падает с rпо Гауссу

Радиус сферы, на котором плотность падает в eраз растет по закону

- средняя энергия электронов

За время пролета электронов от катода к аноду ионынеподвижны,т.е. в каждой точке они накапливаются

При и небольшихrв книге Фирсова вычислено при

Т.о. плотность ионов в следе лавины растет сxпо закону , в радиальном направлении падает по Гауссову закону.

Малой плотности иоов (и возбужденных частиц газа) отвечает обращение в нуль показателя экспоненты – этим определяется боковой контур лавины и он клиновидный

переходящий в закругление

Ток в цепи с разрядным промежутком

Заряд переместился и получил от внешнего поля энергию , работу совершил источник питания через который шел токi

отсюда

Для электродов произвольной формы:

q– заряд

Если при прохождении лавины измерять ток, то

Можно определить . Когдавсеэлектроны уходят на анод идетболее слабый и длительный ток, определяемый подвижностью ионов

3. Искажение поля пространственным зарядом лавины

Лавина не достигла анода Лавина достигла анода

Когда в голове лавины N_eвелико, наступает расталкивание зарядов, скорость расталкивания нарастает с ростомx, т.к. растетN_e

Скорость диффузии падает

Скорость расталкивания

,

R– радиус сферы, в которой находятсяN_e

- средняя плотность электроновне изменяется

Диффузионного расплывание сменяетсярассталкиванием при

, т.е. , поле при этом 2-3% от внешнего.

R_max≈α^-1– КогдаRдостигает длины ионизации, отрыв электронов и ионов становится относительно невелик, расталкивание прекращается из-за сдерживающего влияния ионов. Для атмосферного давления , =>R_max≈α^-1=0,1 см по формуле дляR

, то

,

Стример –слабоионизованный канал, образующийся из первичной лавины в достаточно сильном поле и прорастающий к аноду (анодонаправленный, или отрицательный, стример) или к катоду (катодонавправленный или положительный стример). Переход лавины в стример – поле пространственного заряда лавины достигает значения внешнего поля, все другие лавины управляются этим полем.

Анодонаправленный стример: Катодонаправленный стример:

4. Критерий возникновения

При x=d

В работах Леба и Мика за Rбрался диффузионный радиус (r_D)

Тогда условие Мика:

Пробойное поле:

Пробойное поле плоского воздушного промежутка длиной d

Ассимптотически стремиться к 26кВ/см

Контрольные вопросы к лекции №11:

1. Что такое стример?

2. При каких условиях возникает искровой пробой?

3. Каким критерием можно пользоваться для определения порога образования стримера?

4. Объясните механизм образования анодонаправленного стримера.

5. Какую форму имеет электронная лавина?

6. Чем определяется судьба искрового разряда в электродном промежутке?

7. Чем обусловлен рост головки ловины при увеличении концентрации электронов в ней?

8. Что такое критерий Мика?

9. На что влияет коэффициент прилипания?

10. Какова пробойная напряженнсть воздушного промежутка?