1.1.5. Іскровий розряд

 

Якщо поступово збільшувати напругу між двома електродами, що знаходяться в атмосферному повітрі, то виникає іскровий розряд. Електрична іскра має вигляд яскраво сяючого каналу, що з'єднує обидва електроди, який зазвичай буває розгалужений. Іскровий розряд виникає в тому випадку, якщо електричне поле в газі досягає деякого певного значення Е_к – критична напруженість поля або напруженість пробою, яка залежить від роду газу і його стану. Значення Е_к зростає із збільшенням тиску. Відношення критичної напруженості поля до тиску p для конкретного газу залишається приблизно постійним у широкій області зміни тисків:

 

                               .                      (1.14)

 

Напруга пробою знижується при впливі на газ зовнішнього іонізатора. Якщо прикласти до газового проміжку напругу, трохи менше пробивної, і внести в простір між електродами запалений газовий лампу, то виникає іскровий розряд. Таку ж дію надає і освітлення негативного електрода випромінюванням ультрафіолетової області спектра, інжекція електронного пучка в розрядний проміжок, а також інші іонізатори.

Запалювання іскрового розряду відбувається за наступною схемою: завдяки наявності ефективних електронів у міжелектродному проміжку формуються початкові електронні лавини, при виконанні критерію лавинно-стримерного переходу утворяться стримери. Наведемо оцінки основних параметрів каналу іскрового розряду. Концентрація електронів у каналі в момент виникнення знаходиться на рівні . Частота зіткнень електронів з молекулами газу становить »10¹² с^–1. Опір каналу оцінимо як для циліндричного провідника:

 

                                  ,                        (1.15)

 

де r – питомий опір каналу; l_к – довжина каналу; S – перетин каналу (10^–8...10…10^–7м^–2). Розрахунки показують, що опір каналу іскрового розряду довжиною 10^–2 м має порядок 10⁴…10⁵Ом. Якщо внутрішній опір генератора набагато менше цього значення, то напруга на проміжку після замикання його стримером близько до початкового. Спад напруги при одночасному зростанні струму в ланцюзі відбувається через зниження опору каналу внаслідок його розширення й зростання провідності плазми.

Процеси в іскровому розряді досить складні: спочатку іонізація поширюється по осі каналу у вигляді хвилі (хвиля іонізації) зі швидкістю більше 10⁸ див/з, потім ріст концентрації електронів відбувається однорідно по довжині. Ці процеси описуються моделлю Ромпе-Вайцеля, по якій опір каналу

 

                                                     (1.16)

 

де R – опір каналу; a – постійна, залежна від тиску газу; p – тиск газу; I – струм розряду.

Модель Ромпе–Вайцеля описує зміну концентрації електронів у діапазоні 1021…1024м-3 при щільності струму вище 10 А/див2. Необхідно відзначити, що опір каналу не залежить від його перетину, тому що концентрація електронів, а отже, і провідність плазми при заданому струмі обернено пропорційні перетину.