2.1.1. Виды разряда

В обычном (нормальном) состоянии газы являются хорошими электрическими изоляторами - диэлектриками. Однако, приложив достаточно сильное электрическое поле, можно вызвать наруше­ние изолирующих свойств газа (пробой) и его ионизацию: в газе возникают заряженные частицы, и он становится проводником, благодаря чему появляется возможность пропускать через провод­ник электрический ток и воздействовать на него электромагнит­ными полями. Протекание тока через газ получило название элек­трического разряда в газах (или газового разряда). Различают самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды, послед­ний прекращается при устранении внешнего источника ионизации. Явления, возникающие при протекании электрического тока через газ, зависят от рода и давления газа, от материала, из которого из­готовлены электроды, от геометрии электродов и соединяющего их канала, а также от величины протекающего тока.

Газовый разряд может быть неустойчивым (например, искро­вым) и устойчивым (стационарным). В дальнейшем будем рас­сматривать только самостоятельные и стационарные газовые раз­ряды. Их можно классифицировать по внешнему виду: темновой (таунсендовский), тлеющий, в том числе коронный, и дуговой раз­ряды. Например, если в длинной цилиндрической стеклянной трубке, заполненной газом при давлении около 100 Па, медленно повышать разность потенциалов между катодом и анодом, то приборы фиксируют наличие тока начиная с 10^-12А. Он появляется вследствие вызываемой космическими лучами ионизации в объеме газа на стенках трубки и на электродах. С помощью ограничи­вающего сопротивления можно получить все три формы разряда (рис. 2.1). Темновой разряд переходит в тлеющий, который от­личается уже заметным свечением, используемым в газосветных трубках. При этом катодное падение потенциала U_к ≥ 100 В; плотность тока j ≈ 10^-2 ... 10^-1 А/см² .

Практически повсюду, за исключением приэлектродных облас­тей, ионизованный газ электронейтрален, т. е. представляет собой слабоионизованную неравновесную плазму. Это так называемый положительный столб тлеющего разряда. Температура атомов или молекул газа в тлеющем разряде практически не повышается и равна 300...350 К.

Затем через аномальный тлеющий разряд происходит переход к дуговому разряду (существующему, как правило, на токах более 1 А, низком общем напряжении - менее 100 В) с катодным паде­нием потенциала U_к ≤ 20 В и большой плотностью тока на катоде: j_к ≈ 10² ...10⁵ А/см² . Дуговой разряд, или дуга, характеризуется высокой температурой газа в проводящем плазменном канале (при атмосферном давлении Т = 5000...50000 К) и высокими концен­трациями частиц в катодной области.