Газовый разряд

Опубликовано 30.04.2010 Ведущий Антон Панкратов

Газовый разряд - это прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа (ионизация, перераспределение носителей и т.п.). Большинство газов, а также воздух при нормальных условиях являются изоляторами, так как они содержат ничтожно мало ионов. Поэтому если приложенные напряжения не слишком велики, то газы электрического тока не пропускают. То есть, для того, чтобы сделать газ проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нем свободные носители заряда - ионы. При этом возможны два случая: либо эти заряженные частицы создаются действием какого-нибудь внешнего фактора или вводятся в газ извне, либо они создаются в газе действием самого электрического поля, существующего между электродами. Первый тип разряда называют несамостоятельным, второй - самостоятельным. Существует два основных способа, с помощью которых создают несамостоятельный разряд: это высокая температура и различные излучения, такие как УФ-излучение, гамма-кванты и другие. Отрыв электрона от атома (ионизация атома) требует определенной энергии, называемой энергией ионизации. Она зависит от строения атома и поэтому различна для разных веществ. Параллельно непрерывно идет обратный процесс рекомбинации ионов и электронов в нейтральные атомы, сопровождающийся выделением энергии. Частично она излучается в виде света. Это так называемое свечение рекомбинации является одной из причин свечения многих форм газового разряда. При прекращении работы ионизатора вследствие рекомбинации ионов ток в газе прекращается, поэтому такой разряд называют несамостоятельным. Посмотрим теперь, как возникает самостоятельный разряд. Для этого обратимся к вольтамперной характеристике газового разряда. При малых значениях U график имеет вид прямой, то есть закон Ома приближенно сохраняет силу; с ростом U кривая загибается с некоторого напряжения и переходит в вертикальную прямую. Это означает, что начиная с некоторого напряжения, ток сохраняет постоянное значение, несмотря на увеличение напряжения. Это постоянное, не зависящее от напряжения значение силы тока называют током насыщения. Как видим, вначале с ростом напряжения увеличивается число ионов, проходящих через сечение разряда, т.е. увеличивается ток I, ионы в более сильном поле движется с большей скоростью. Однако, число их, проходящее через это сечение за единицу времени, не может быть больше, чем общее число ионов, создаваемых в разряде в единице времени внешними ионизирующим фактором. Однако если после достижения тока насыщения в газе продолжать значительно повышать напряжение, то ход вольтамперной характеристики внезапно нарушается. При достаточно большом напряжении ток резко возрастает. Скачок тока показывает, что число ионов сразу резко возросло. Причиной этого является само электрическое поле: оно сообщает ионам, а в основном, электронам столь большие скорости, т.е. энергию, что при соударении таких ионов с нейтральными молекулами последние разбиваются на ионы. Общее число ионов определяется теперь не ионизирующим фактором, а действием самого поля, которое может само поддерживать необходимую ионизацию: проводимость из несамостоятельной становится самостоятельной. Описанное явление внезапного возникновения самостоятельной проводимости, имеющее характер пробоя газового промежутка, - не единственная, хотя и весьма важная, форма возникновения самостоятельного разряда. В зависимости от того, какие именно процессы образования ионов играют главную роль, самостоятельные разряды подразделяют на искровой, дуговой, тлеющий, коронный и другие.