Эффект полярности

В слабонеравномерных полях, где минимальный и средний градиенты напряжения мало отличаются друг от друга, коронное и разрядное напряжения практически совпадают друг с другом, влияние полярности невелико. В сильнонеравномерном поле коронное напряжение намного ниже

разрядного, полярность при несимметричных электродах существенно влияет на величину разрядного напряжения. В промежутке острие-плоскость формирование разряда зависит от полярности острия.

При положительной полярности острия, имеющиеся в проме­жутке электроны, двигаясь к острию в область сильного поля, соверша­ют ударную ионизацию и образуют лавину электронов. Когда лавина доходит до острия, электроны лавины нейтрализуются на аноде, а по­ложительные ионы вследствие малой скорости движения остаются у острия и создают положительный объемный заряд, который обладает собственным электрическим полем. Взаимодействуя с внешним полем в промежутке, положительный объемный заряд ослабляет поле вблизи острия и усиливает его в остальной части промежутка (рис. 1.10, а). Ес­ли напряжение между электродами достаточно велико, то возникает ла­вина электронов справа от объемного заряда, электроны которой, сме­шиваясь с положительными ионами объемного заряда, создают заро­дыш канала анодного стримера, заполненный плазмой. Зажигается стримерный коронный разряд. Положительные заряды этой лавины бу­дут располагаться на головке стримера и создавать область повышенной напряженности во внешнем пространстве. Наличие области сильного поля обеспечивает образование новых лавин, электроны которых втяги­ваются в канал стримера постепенно удлиняя его. Стример прорастает к катоду, вызывая пробой промежутка при сравнительно малой величине разрядного напряжения.

При отрицательной полярности острия электрическое поле не­посредственно у острия приводит к эмиссии электронов с катода, кото­рые сразу попадают в сильное поле и производят ударную ионизацию, образуя большое число лавин. Электроны лавин, перемещаясь в слабое поле у анода, теряют скорость, захватываются нейтральными молекула­ми, становятся отрицательными ионами, рассеянными в пространстве. Положительные ионы лавин образуют объемный заряд у острия, кото­рый, взаимодействуя с внешним полем, будет увеличивать напряжен­ность непосредственно у острия и уменьшать в остальной части проме­жутка (рис. 1.10, б). Увеличение поля у острия приводит к усилению эмиссии электронов с поверхности катода, которые, смешиваясь с по­ложительным объемным зарядом, образуют у катода зародыш катодно­го стримера.

Рис. 1.10. Образование анодного а) и катодного б) стримера: Е — напряженность внешнего поля; Е_об— напряженность поля объемного положи­тельного заряда; Е_рез — результирующая напряженность в промежутке после ио­низации

Вследствие большого числа начальных лавин у катода плаз­менный канал здесь представляет собой более или менее однородный слой с радиусом кривизны большим, чем у острия. Поэтому электриче­ское поле несколько выравнивается и напряженность во внешней облас­ти уменьшается.

Уменьшение напряженности электрического поля во внешнем пространстве приводит к тому, что для дальнейшей ионизации в этой части промежутка необходимо значительно увеличить разность потен­циалов между электродами.

При дальнейшем увеличении напряжения происходит иониза­ция справа от плазменного слоя, большое число образующихся лавин приводит к удлинению стримера. Однако, так же, как и в начале, благо­даря большому числу лавин головка стримера размыта, и возрастание напряженности на головке стримера оказывается гораздо меньшим, чем при положительном острие.

В силу рассмотренных выше особенностей развитие стримера при отрицательном острие происходит с большими трудностями, по­этому разрядное напряжение при отрицательной полярности острия больше, чем при положительной полярности (в 2-2,5 раза).

На переменном напряжении пробой происходит всегда на по­ложительной полярности.

Рис. 1.11. Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами стержень-плоскость на импульсном напряжении: 1 — положительная полярность острия; 2 — отрицательная полярность острия; 3 — однородное поле