Імпульсний розряд

І́мпульсний розря́д — електричний розряд у діелектриках або газах, викликаний потужним імпульсом напруги, тривалість якого порівнянна або менша, ніж характерний час встановлення стаціонарного режиму горіння.

Фізика розряду

Перебіг імпульсного розряду прийнято ділити на дві фази: передпробійну, яка визначається так званим часом запізнювання, і пробійну. Коли до електродів прикласти пробійну напругу, проходить деякий час перш, ніж ця напруга починає падати в силу розвитку розряду і збільшення провідності розрядного проміжку до величини провідності зовнішнього середовища. Цей час і називають часом запізнювання. У газах час запізнювання умовно розбивають на статистичний час, що визначається середнім часом, необхідним для появи в розрядному проміжку (зазвичай поблизу катода) хоча б одного електрона, який ініціює електронну лавину, і час формування пробою.

Якщо утворення затравкових електронів ініціюється ззовні, статистичний час може бути незначним у порівнянні з часом формування, в цьому випадку час запізнювання визначається характером іонізаційних процесів у газі і залежить від величини перевищення прикладеної до електродів напруги над пробійною напругою, що характеризується величиною:

${\displaystyle \beta ={\frac {U-U^{*}}{U^{*}}}}$

де ${\displaystyle U}$ — прикладена напруга, ${\displaystyle U^{*}}$ — пробійна напруга.

Якщо зовнішнє ініціювання розряду відсутнє, то час формування може бути незначним порівняно зі статистичним часом. У цьому випадку час запізнювання визначається виключно останнім і може дуже варіюватися від імпульсу до імпульсу. Це дозволяє проводити вимірювання статистичних властивостей процесу появи затравкового електрона. Імовірність його появи зазвичай підпорядковується експоненціальному закону:

${\displaystyle N(t)=N_{0}\exp \left(-{\frac {t}{t_{s}}}\right)}$

де ${\displaystyle N_{0}}$ — загальне число пробоїв, ${\displaystyle N(t)}$ — число пробоїв, що вимагали для запалювання час ${\displaystyle t}$ і більше, ${\displaystyle t_{s}}$ — статистичний час.

В цілому механізм формування і процес горіння імпульсного розряду в газах значною мірою визначається тим, як розвиваються первинні електронні лавини.

Так, якщо прикладена напруга не набагато перевищує пробійну і розрад ініціює одиничний електрон, що з'являється поблизу катода, то просторовий заряд не спотворює зовнішнього поля, і розряд розвивається за рахунок вторинних електронних лавин, які виникають при емісії електронів з катода під час його бомбардування утвореними йонами й фотонами. Такий механізм має назву таунсендівського і спричиняє розвиток або тліючого розряду (в газах низького тиску), або тліючого, що переходить в іскровий, у газах з вищим тиском.

За підвищених напруг (${\displaystyle \beta >0,2}$) розряд розвивається вже від першої електронної лавини. В цьому випадку істотним стає поле, створюване просторовим зарядом, і в напрямку від катода до анода швидко розвиваються слабкопровідні плазмові філаменти — так звані стримери. На стадії формування стримери зливаються, утворюючи іскровий канал.

Якщо розряд ініціює багато рівномірно розподілених електронів, то може існувати режим, у якому електронні лавини взаємно перекриваються і утворюється об'ємний тліючий розряд, що переходить через час порядку ${\displaystyle 10^{-6}}$ с в іскровий.

Застосування

Імпульсний розряд має низку технічних застосувань, зокрема, для створення спеціальних джерел світла, в газорозрядній електроніці, електротехніці тощо.

Література

• Г. А. Месяц. Физическая энциклопедия: [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М. : Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Добротность — Магнитооптика. — С. 134—135. — 100000 прим. — ISBN 5-85270-061-4.