Импульсный разряд. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Импульсный разряд - электрич. разряд в днэлектрич. среде (газе, вакууме, жидкостях и в твёрдых диэлектриках) при воздействии импульса напряжения, длительность к-рого сравнима или меньше длительности установления стационарной формы горения разряда. Время протекания И. р. условно принято делить на предпробойную стадию (время запаздывания t₃) и стадию пробоя. Время запаздывания пробоя - это интервал от момента приложения к межэлектродному промежутку напряжения статич. пробоя U_ст до начала спада напряжения на электродах, т. е. момента, когда сопротивление ионизованной среды становится сравнимым с сопротивлением внеш. электрич. цепи. Для газового И. р. интервал t₃ условно разбивают на статистич. время запаздывания t_ст, в течение к-рого в межэлектродном промежутке (чаще всего на катоде) появляется хотя бы один электрон, вызывающий развитие электронной лавины, и время формирования пробоя t_ф(t₃=t_ст+t_ф). В случае принудительного инициирования электронов, напр, при облучении межэлектродного зазора, можно добиться выполнения условия t_стЪt_ф. Тогда длительность предпробойной стадии t₃ определяется интенсивностью ионизационных процессов, т. е. прикладываемым к промежутку напряжением или, точнее, превышением амплитудного значения импульса напряжения U₀ над пробивным, к-рое характеризуется т. н. коэфф. импульса b=(U₀-U_ст)/U_ст. Характерные времена формирования И. р. в разл. средах при пробое межэлектродного промежутка длиной d под действием прямоугольных импульсов напряжения разл. амплитуды показаны на рис. При b/1 и отсутствии принудительного инициирования электронов в ряде случаев для И. р. в газе t₃~t_ст. Измерения t₃ в таких условиях позволяют судить о статистике возникновения инициирующих электронов в промежутке. Распределение времён запаздывания пробоя в этом случае обычно подчиняется экспоненциальному закону n(t)=n₀exp(-t/t_ст), где n₀ - общее число пробоев, п(t) - число пробоев, в к-рых реализовано время запаздывания от t и более. Механизм формирования И. р. в газе и особенности его горения в стадии пробоя в значит. степени определяются условиями развития первичных электронных лавин (см. Лавина электронная ).

Зависимость времени формирования импульсного разряда от напряжённости электрического поля для разных сред: 1 - воздух, р=10 атм, d=5 мм; 2 - диэлектрик - вода, d=3 см; 3 - вакуум, d=0,5 мм; 4 - трансформаторное масло, d = 1,2 мм.

При инициировании разряда одиночными электронами, возникающими на поверхности катода [под действием случайных фотонов или ионов (космич. частиц)], число электронов в лавине описывается законом N=ехр(ax), где х - длина пути, пройденная электронами в направлении дрейфа, a - ионизационный коэф. Таунсенда, определяющий закон размножения электронов в лавине. В условиях U~С_ст(b=0) внеш. электрич. поле обычно не искажается пространственными зарядами одиночной первичной электронной лавины. Разряд развивается за счёт вторичных и последующих лавин, к-рые инициируются электронами, выбитыми с поверхности катода при её бомбардировке ионами и фотонами. Такой механизм развития пробоя наз. таунсендовским. В результате пробоя формируется стационарный тлеющий разряд при низких давлениях, а при повыш. давлениях вначале наблюдается кратковрем. фаза тлеющего разряда, к-рый затем переходит в искровой. Для повышенных напряжений U₀ (b/0,2) характерен однолавинный (стримерный) механизм пробоя. В этом случае электронная лавина на длине x_к[d набирает критич. число электронов N_к, при к-ром электрич. поле вблизи головки и в хвосте лавины существенно усиливается. Это способствует быстрому распространению в направлении анода и катода слабопроводящих плазменных образований (стримеров). На стадии пробоя такие образования преобразуются в высокопроводящий искровой канал. В случае, если разряд инициируется большим числом электронов, равномерно распределённых в объёме промежутка, возможно взаимное пространственное перекрытие электронных лавин ещё до того, как Nдостигает N_к. При этом в нач. стадии пробоя в широком диапазоне изменений Р реализуется объёмная форма протекания тока. Через характерные времена (10^-7-10^-6 с) объёмный (тлеющий) разряд переходит в искровой. И. р. широко применяется для создания спец. источников света (лампы для оптич. накачки лазеров, эталонные источники света и т. д.), в газоразрядной электронике, электротехнике.

Литература по импульсным разрядам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.