Что такое разряд в физике. Самостоятельный электрический разряд. Что представляет собой разряд и какие условия необходимы для его существования

Разряд электрический* - Потеря электричества каким-либо наэлектризованным телом, т. е. Разряд электрический* этого тела, может происходить различными способами, вследствие чего и явления, сопровождающие Разряд электрический*, могут получаться по характеру весьма неодинаковые. Все разнообразные формы Разряд электрический* можно подразделить на три главнейших вида: Разряд электрический* в виде электрического тока, или Разряд электрический* проводящий, Разряд электрический* конвекционный и Разряд электрический* разрывной. Разряд электрический* в виде тока происходит тогда, когда наэлектризованное тело соединяется с землей или с другим телом, обладающим м, равным по количеству и противоположным по знаку с электричеством на разряжающемся теле, при посредстве проводников или даже изоляторов, но изоляторов, у которых покрыта слоем, проводящим электричество, напр. поверхность смочена или загрязнена. В этих случаях происходит полный Разряд электрический* данного тела, причем продолжительность этого Разряд электрический* обусловливается м и формой (см. ) проводников, чрез которые происходит Разряд электрический* Чем меньше сопротивление и самоиндукции проводников, тем быстрее происходит Разряд электрический* тела. Тело разряжается отчасти, т. е. его Разряд электрический* происходит неполный, когда оно соединяется проводниками с каким-либо другим телом, не наэлектризованным или наэлектризованным слабее, чем оно. В этих случаях тем большая часть электричества теряется телом, чем больше емкость того тела, которое присоединяется к нему при помощи проводников. Явления, сопровождающие Разряд электрический* в виде тока, качественно одинаковы с явлениями, которые вызываются электрическим током, возбуждаемым обыкновенными гальваническими элементами. Разряд электрический* конвенционный происходит в том случае, когда хорошо изолированное тело находится в среде жидкой или газообразной, содержащей в себе частицы, способные электризоваться и под влиянием электрических сил способные двигаться в этой среде. Разряд электрический* разрывной - это Разряд электрический* тела или в землю, или в другое тело, противоположно наэлектризованное, через среду, не проводящую электричество. Явление происходит так, как будто непроводящая среда уступает действию тех натяжений, которые возникают в ней под влиянием электризации тела, и предоставляет путь электричеству. Такой разрывной Разряд электрический* всегда сопровождается световыми явлениями и может происходить в различных формах. Но все эти формы разрывного Разряд электрический* можно подразделить на три категории: Разряд электрический* при помощи искры, Разряд электрический* при помощи кисти, Разряд электрический* сопровождающийся сиянием, или тихий P. Все эти Разряд электрический* имеют между собой сходство в том отношении, что, несмотря на малую продолжительность, каждый из них представляет совокупность нескольких Разряд электрический*, т. е. при этих Разряд электрический* тело теряет свое электричество не непрерывно, а перемежающимся образом. Разряд электрический* при помощи искры является в большинстве случаев колебательным (см. Колебательный Разряд электрический*). Разряд электрический* при помощи искры образуется тогда, когда к наэлектризованному телу, находящемуся в каком-либо газе немалой упругости или в жидкости, приближено достаточно близко другое тело, проводящее электричество и соединенное с землей или же наэлектризованное противоположно данному телу. Искра может образоваться и тогда, когда между такими двумя телами будет находиться слой какого-либо твердого изолятора. В этом случае искра пробивает этот слой, образуя в нем сквозное отверстие и трещины. Искра сопровождается всегда особым треском, происходящим от быстрого потрясения той среды, в которой она получается. Когда искра коротка, она имеет вид светлой прямолинейной черты. Толщина этой черты обусловливается м электричества, которое теряется наэлектризованным телом при помощи этой искры. По мере увеличения длины искры она становится тоньше и вместе с тем отклоняется от вида прямолинейной черты, принимает форму зигзагообразной линии, а затем, при дальнейшем удлинении, разветвляется и, наконец, переходит в форму кисти (табл., фиг. 1). При помощи вращающегося зеркала можно обнаружить, что появляющаяся искра состоит в действительности из целого ряда отдельных искорок, следующих одна за другой через некоторый времени. Длина образующейся искры, или так называемое разрядное расстояние, зависит от разности потенциалов тех тел, между которыми получается эта искра. Однако и при одной и той же разности потенциалов двух тел длина образующейся между ними искры изменяется несколько в зависимости от формы этих тел. Так, при данной разности потенциалов искра получается длиннее, когда она образуется между двумя дисками, чем в том случае, когда она должна проскочить между двумя шарами. Да и для различных шаров искра не одинаковой длины. Она тем длиннее, чем больше разнятся друг от друга по размерам два шара. При данной разности потенциалов получается наиболее короткая искра, т. е. получается наименьшее разрядное расстояние, в том случае, когда искра должна получиться между двумя шарами одинаковых размеров. Изменение упругости газа оказывает весьма большое влияние на величину разности потенциалов, необходимой для образования искры данной длины. С уменьшением упругости газа эта разность потенциалов также уменьшается. газа, в котором является искра, оказывает немалое влияние на величину необходимой разности потенциалов. При одной и той же длине искры и при одной и той же упругости газа эта разность потенциалов - наименьшая для водорода, она больше для воздуха и еще больше для угольной кислоты. Для получения искры в жидкости требуется разность потенциалов большая, чем для получения такой же искры в газе. Вещество тел, между которыми образуется искра, оказывает весьма малое влияние на разность потенциалов, нужную для возникновения искры. При малых длинах искры в воздухе или в другом каком-либо газе образующая искру разность потенциалов весьма близко пропорциональна длине искры. При больших длинах искры связь между длиною искры и необходимой для этого разностью потенциалов не так проста. В этом случае при возрастании разности потенциалов длина искры увеличивается быстре увеличения разности потенциалов. В следующей таблице содержатся данные для выражения длины искр и соответствующих им разностей потенциалов (искры образуются между двумя дисками, у одного поверхность мало выпуклая).

РАЗРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ.

Опыт показывает, что если постепенно повышать напряжение между двумя электродами в газе, то можно достигнуть некоторого его значения, зависящего от природы га­за и давления, при котором в газе возникает электрический ток и без воздействия внешних ионизаторов. Явление прохождения через газ электрического тока, не зависящего от внешних ионизаторов, называет­ся самостоятельным разрядом в газе .

Основной механизм ионизации га­за при самостоятельном электриче­ском разряде - ионизация атомов и молекул ударами электронов.

Развитие самостоятельного элект­рического разряда в газе протекает следующим образом. Как только в га­зе появляется свободный электрон, он под действием электрического по­ля ускоряется, его кинетическая энергия возрастает, и если выполня­ется условие eEλ ≥ A и, то он при соу­дарении с молекулой ионизует ее. Первичный электрон и вторичный, возникший в результате ударной ионизации, вновь ускоряются под действием электрического поля, и каждый из них при следующих соу­дарениях освобождает еще по одно­му электрону и т. д. Число свобод­ных электронов нарастает лавино­образно до тех пор, пока они не достигнут анода.

Положительные ионы, возникаю­щие в газе, движутся под действи­ем электрического поля от анода к катоду. При ударах положительных ионов о катод, а также под дейст­вием излучения, возникающего при развитии разряда, с катода могут освобождаться новые электроны. Они разгоняются электрическим по­лем и создают новые электронно-ионные лавины, и этот процесс мо­жет продолжаться непрерывно. Самостоятельный разряд бывает разных видов. Рассмот­рим несколько видов самостоятельного разряда: искровой, тлеющий, коронный, дуговой.

Искровой разряд. Если источник тока не способен поддерживать само­стоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то на­блюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым раз­рядом . Искровой разряд прекраща­ется через короткий промежуток вре­мени после начала разряда в ре­зультате значительного уменьшения напряжения. Примеры искрового разряда - искры, возникающие при расчесывании волос, разделении лис­тов бумаги, разряде конденсатора. Самые большие «искры» - мол­нии - наблюдаются во время грозы. Исследования показали, что причи­ной возникновения гроз является разделение электрических зарядов в грозовых облаках.

Коронный разряд. В сильно неоднородных электрических полях, образующихся, например, между острием и плоскостью или между проводом линии электропередачи и поверхностью Земли, возникает особая форма самостоятельного разряда в газах, называемая коронным разрядом. |Основная особенность коронного разряда заключается в том, что процесс ионизации атомов электрон­ным ударом происходит лишь на небольших расстояниях одним из элек­тронов в области с высокими значениями напряженности электрическо­го поля. С коронным разрядом приходится считаться при передаче электроэнер­гии на большие расстояния. Наи­большая напряженность поля создается около проводов. Так как элект­роэнергия на большие расстояния пе­редается по сравнительно тонким проводам при высоком напряжении между ними, то около проводов про­исходит довольно интенсивный ко­ронный разряд. Это ведет к потере части передаваемой электроэнергии. Потери на коронный разряд в таких линиях тем больше, чем выше на­пряжение между проводами и чем больше протяженность линии.

Дуговой разряд. Известна еще одна важная форма самостоятель­ного разряда в газах, получившая название электрической дуги . Она была впервые открыта профессором физики Петербургской медико-хи­рургической академии В. В. Петро­вым в 1802 г. Слегка раздвинув на небольшое расстояние два соприка­сающихся угольных электрода, при­соединенных к источнику тока, мы увидим между концами углей яркое свечение газа, а сами угли при этом раскаляются.

Рассматривая дуговой разряд че­рез темное стекло, можно заметить, что свет исходит преимущественно от концов углей. Свечение самой дуги - яркой изогнутой полоски, образую­щейся в газовом промежутке меж­ду концами углей, значительно слабее. Для горения дуги достаточно сравнительно небольшого напряже­ния 40-50 В, но сила тока в дуге достигает десятков и даже сотен ампер. Это указывает на то, что сопротивление газа в дуговом разря­де сравнительно мало.

Явление статического электричества наблюдается обычно в диэлектриках. Если в диэлектрике химическая связь ионная, то из-за несовершенства структуры вещества количество положительных и отрицательных ионов в единице объема вещества не одинаково. Это означает, что практически любое диэлектрическое тело с ионной связью изначально обладает электрическим зарядом, вокруг которого существует электростатическое поле.

В реальных условиях этот заряд обычно компенсируется зарядами из окружающей среды, которые осаждаются на поверхности диэлектрика. В результате, электростатическое поле вокруг такого тела отсутствует.

Если в диэлектрике химическая связь ковалентная, то диэлектрик может обладать ненулевым электрическим дипольным моментом и, вследствие этого, создает вокруг себя электростатическое поле. В реальных условиях из окружающей среды на поверхности такого диэлектрика осаждаются компенсирующие заряды, таким образом, что электрическое поле вокруг такого тела становится равным нулю.

Механическое взаимодействие тел может приводить к снятию компенсирующих зарядов с соответствующих поверхностей и появлению в окружающем пространстве электрического поля, которое может наводить помехи на входах электрических устройств. Это электрическое поле в некоторых случаях может привести к пробою диэлектрика (например, воздуха).

Разряды, связанные с этим пробоем, формируют в пространстве электромагнитные импульсы, которые также передают помехи.

Полное внутреннее сопротивление источника от 1 до 30 кОм.

Суммарная индуктивность пути разряда 0,3 – 1,5 мкГн.

Емкость составляет от 100 до 300 пФ.

Максимальное напряжение до 15 кВ.

Максимальный ток импульса разряда до 30 А.

Скорость нарастания тока от 2 до 35 А/нс.

Примерная форма импульса тока при разряде электричества:

Примерная форма импульса тока Спектральная характеристика:

при разряде электричества:

Классификация источников помех

Различают функциональные источники и нефункциональные.

Функциональные источники – это радио- и телепередатчики, которые распространяют электромагнитные волны в окружающую среду в целях передачи информации. К этой группе относятся все устройства, которые излучают электромагнитные волны не для целей коммуникации, но для выполнения своей технической функции, например, генератор высокой частоты для промышленного или медицинского применения, микроволновые устройства радиоуправления.

К нефункциональным источникам относятся автомобильные устройства зажигания, люминесцентные лампы, сварочное оборудование, релейные и защитные катушки, выпрямители тока, контактные и бесконтактные переключатели, проводные линии и компоненты электрических узлов, переговорные устройства, атмосферные разряды, коронные разряды в линиях, коммутационные процессы, разряды статического электричества, быстро меняющиеся токи и напряжения в лабораториях техники высоких напряжений.

Различают также широкополосные и узкополосные источники помех.

Широкополосные – это помехи, обладающие широким частотным спектром, а узкополосные – узким.

Век, в котором мы живем, можно назвать временем электричества. Работа компьютеров, телевизоров, автомобилей, спутников, приборов искусственного освещения - это лишь малая часть примеров, где оно используется. Одним из интересных и важных для человека процессов является электрический разряд. Рассмотрим подробнее, что он собой представляет.

Краткая история изучения электричества

Когда человек познакомился с электричеством? Ответить на этот вопрос сложно, поскольку поставлен он некорректным образом, ведь наиболее яркое природное явление - молния, известная с незапамятных времен.

Осмысленное изучение электрических процессов началось лишь с конца первой половины XVIII века. Здесь следует отметить серьезный вклад в представления человека об электричестве Чарльза Кулона, исследовавшего силу взаимодействия заряженных частиц, Георга Ома, математически описавшего параметры тока в замкнутой цепи, и Бенджамина Франклина, который провел множество экспериментов, изучая природу вышеназванной молнии. Помимо них, большую роль в развитии сыграли такие ученые, как Луиджи Гальвани (изучение нервных импульсов, изобретение первой «батарейки») и Майкл Фарадей (исследование тока в электролитах).

Достижения всех названных ученых создали прочный фундамент для изучения и понимания сложных электрических процессов, одним из которых является электрический разряд.

Что представляет собой разряд и какие условия необходимы для его существования?

Разряд электрического тока - это физический процесс, который характеризуется наличием потока заряженных частиц между двумя пространственными областями, имеющими разный потенциал в газовой среде. Разберем это определение.

Во-первых, когда говорят о разряде, то всегда имеют в виду газ. Разряды в жидкостях и твердых телах тоже могут возникать (пробой твердого конденсатора), однако процесс изучения этого явления проще рассмотреть в менее плотной среде. Более того, именно разряды в газах часто наблюдаются и имеют большое значение для жизнедеятельности человека.

Во-вторых, как сказано в определении электрического разряда, он возникает только при соблюдении двух важных условий:

• при существования разности потенциалов (напряженности электрического поля);
• наличии носителей заряда (свободных ионов и электронов).

Разность потенциалов обеспечивает направленное движение заряда. Если она превышает некоторое пороговое значение, то несамостоятельный разряд переходит в самоподдерживающийся или самостоятельный.

Что касается свободных носителей заряда, то в любом газе они всегда присутствуют. Их концентрация, естественно, зависит от ряда внешних факторов и свойств самого газа, но сам факт их наличия является бесспорным. Связано это с существованием таких источников ионизации нейтральных атомов и молекул, как ультрафиолетовые лучи от Солнца, космическое излучение и естественная радиация нашей планеты.

Соотношение между разностью потенциалов и концентрацией носителей определяет характер разряда.

Виды электрических разрядов

Приведем список этих видов, а затем подробнее охарактеризуем каждый из них. Итак, все разряды в газовых средах принято разделять на следующие:

• тлеющий;
• искровой;
• дуговой;
• коронный.

Физически они отличаются друг от друга лишь мощностью (плотностью тока) и, как следствие, температурой, а также характером их проявления во времени. Во всех случаях речь идет о переносе положительного заряда (катионы) к катоду (область низкого потенциала) и отрицательного заряда (анионы, электроны) к аноду (зона высокого потенциала).

Тлеющий разряд

Для его существования необходимо создать низкие давления газа (в сотни и тысячи раз меньше атмосферного). Тлеющий разряд наблюдается в катодных трубках, которые заполняются каким-либо газом (например, Ne, Ar, Kr и другие). Приложение напряжения к электродам трубки приводит к активации следующего процесса: имеющиеся в газе катионы начинают ускоренно двигаться, достигнув катода, они ударяют по нему, передавая импульс и выбивая электроны. Последние при наличии достаточной кинетической энергии могут приводить к ионизации нейтральных молекул газа. Описанный процесс будет самоподдерживающимся только в случае достаточной энергии катионов, бомбардирующих катод, и их определенного количества, что зависит от разности потенциалов на электродах и давления газа в трубке.

Тлеющий разряд светится. Излучение электромагнитных волн обусловлено двумя идущими параллельно процессами:

• рекомбинация пар электрон-катион, сопровождаемая выделением энергии;
• переход нейтральных молекул (атомов) газа из возбужденного состояния в основное.

Типичными характеристиками этого вида разряда являются небольшие токи (несколько миллиампер) и небольшие стационарные напряжения (100-400 В), однако пороговое напряжение равно нескольким тысячам вольт, что зависит от давления газа.

Примерами тлеющего разряда являются люминесцентные и неоновые лампы. В природе к этому типу можно отнести северное сияние (движение потоков ионов в магнитном поле Земли).

Искровой разряд

Это типичный вид разряда, который проявляется в Для его существования необходимо не только наличие больших давлений газа (1 атм и больше), но и огромных напряжений. Воздух представляет собой достаточно хороший диэлектрик (изолятор). Его проницаемость лежит в пределах от 4 до 30 кВ/см, что зависит от наличия в нем влажности и твердых частиц. Эти цифры говорят о том, что для получения пробоя (искры) необходимо приложить минимум 4 000 000 вольт на каждый метр воздуха!

В природе такие условия возникают в кучевых облаках, когда в результате процессов трения между воздушными массами, конвекции воздуха и кристаллизации (конденсации) происходит перераспределение зарядов таким образом, что нижние слои туч заряжаются отрицательно, а верхние - положительно. Разность потенциалов постепенно накапливается, когда ее значение начинает превышать изоляционные возможности воздуха (несколько млн вольт на метр), то возникает молния - электрический разряд, который длится в течение долей секунды. Сила тока в нем достигает 10-40 тысяч ампер, а температура плазмы в канале поднимается до 20 000 К.

Минимальную энергию, которая выделяется в процессе молнии, можно вычислить, если принять во внимание следующие данные: процесс развивается в течение t=1*10 -6 с, I = 10 000 А, U = 10 9 В, тогда получим:

E = I*U*t = 10 млн Дж

Полученная цифра эквивалентна энергии, которая освобождается при взрыве 250 кг динамита.

Так же как и искровой, он возникает при наличии достаточного давления в газе. Его характеристики практически полностью аналогичны искровому, но имеются и отличия:

• во-первых, токи достигают десяти тысяч ампер, но напряжение при этом составляет несколько сотен вольт, что связано с высокой проводимостью среды;
• во-вторых, дуговой разряд существует стабильно во времени, в отличие от искрового.

Переход в этот вид разряда осуществляется постепенным повышением напряжения. Поддерживается разряд за счет термоэлектронной эмиссии с катода. Ярким его примером является сварочная дуга.

Коронный разряд

Этот тип электрического разряда в газах часто наблюдали моряки, которые путешествовали в Новый Мир, открытый Колумбом. Они называли синеватое свечение на концах мачт «огнями Святого Эльма».

Возникает коронный разряд вокруг объектов, имеющих очень сильную напряженность электрического поля. Такие условия создаются вблизи острых предметов (мачт кораблей, зданий с остроконечными крышами). Когда тело имеет некоторый статический заряд, то напряженность поля на его концах приводит к ионизации окружающего воздуха. Возникшие ионы начинают свой дрейф к источнику поля. Эти слабые токи, вызывающие аналогичные процессы, что и в случае тлеющего разряда, приводят к появлению свечения.

Опасность разрядов для здоровья человека

Коронный и тлеющий разряды особой опасности не представляют для человека, поскольку они характеризуются низкими токами (миллиамперы). Два других из вышеназванных разрядов являются смертельно опасными в случае прямого контакта с ними.

Если человек наблюдает приближение молнии, то он должен отключить все электроприборы (включая мобильные телефоны), а также расположиться так, чтобы не выделяться среди окружающей местности в плане высоты.

В обычных условиях проводимость изоляторов очень мала. Однако в достаточно сильных электрических полях возникает так называемый пробой изолятора, или электрический разряд. В месте пробоя проводимость изолятора резко возрастает, причем она зависит сложным образом от напряженности поля, тока, начальных условий и многих других факторов.

Начнем с электрического разряда в газе. Проводимость газа в слабых полях связана с наличием в нем небольшого числа ионов и электронов, которые возникают вследствие ионизации молекул газа под действием космических лучей, радиоактивности земной коры и, в меньшей степени, ультрафиолетового излучения Солнца. Так, например, у поверхности моря космические лучи создают около двух пар ионов в кубическом сантиметре в секунду. У поверхности суши к этому прибавляется еще около пяти пар ионов за счет радиоактивности земной коры. Средняя концентрация всех ионов у поверхности Земли составляет Среднее время жизни иона до рекомбинации порядка 100 с. За такое большое время все электроны, возникшие в результате ионизации, успевают образовать отрицательные ионы, «примкнув» к молекулам кислорода. При нормальных условиях электрону требуется для этого около 105 столкновений, т. е. всего лишь с. Отсюда видно, что при обычных условиях проводимость газа в слабых полях является ионной. Реальная картина еще сложнее: проводимость определяется в основном ионными кластерами, содержащими десятки атомов газа. Проводимость воздуха у поверхности Земли в то время как проводимость лучших твердых изоляторов (янтарь, плавленый кварц) составляет а для обычного стекла -

В жидкости в отличие от газа концентрация ионов определяется не внешней ионизацией, а диссоциацией молекул благодаря их взаимодействию между собой. Такая жидкость называется электролитом. Диссоциация особенно облегчается, если жидкость представляет собой раствор, поэтому последний обладает, как правило, значительной проводимостью. Так, например, проводимость -ного раствора медного купороса что все же на семь порядков меньше, чем у меди. Это объясняется тем, что носителями заряда в электролите (так же, как и в газе) являются тяжелые ионы, а вязкость жидкости значительно больше, чем вязкость электронного газа в металле.

Вернемся теперь к газу и рассмотрим его поведение в более сильных полях. На рис. II 1.5 изображена схематически вольт-амперная характеристика газового промежутка. Область слабых полей

Рис. 111.5. Вольт-амперная характеристика газового промежутка.

Рис. 111.6. Кривые Пашена для некоторых газов.

соответствует участку а, где справедлив закон Ома. За ним следует так называемое плато (участок где ток практически не зависит от напряженности поля. В этой области электрическое поле вытягивает все рождающиеся (в промежутке) электроны. В еще более сильных полях (участок с) ток резко возрастает, и наступает пробой. Возрастание тока связано с процессами вторичной ионизации, приводящей к лавинному «размножению» электронов. Очень упрощенно этот процесс можно представить себе следующим образом. Электрон, выбитый из атома при ионизации, ускоряется внешним полем до такой энергии (~10 эВ), что он сам может ионизовать другие атомы.

Электронная лавина сама по себе приводит лишь к увеличению тока проводимости в газовом промежутке (участок с, см. рис. III.5). Для возникновения электрического, или, точнее, самоподдерживающегося разряда, необходима еще так называемая обратная связь между электродами газового промежутка. Необходимо, чтобы электронная лавина, движущаяся к аноду, вызывала бы каким-то образом новые лавины с катода. Одним из возможных механизмов такой обратной связи является фотоэффект с катода под действием фотонов, испускаемых возбужденными атомами газа или анода.

Условия зажигания разряда характеризуются так называемой кривой Пашена (рис. III.6), которая связывает между собой три основные величины: напряжение на разрядном промежутке V, длину промежутка и давление газа Прежде всего, оказывается, что зажигание разряда зависит только от произведения где - длина свободного пробега электрона. Она и характеризует скорость развития электронной лавины.

Зависимость напряжения зажигания разряда от имеет характерный минимум. Вид кривой Пашена легко объяснить качественно, рассмотрев случай постоянного давления. При развитие лавины определяется напряженностью поля, поэтому напряжение зажигания растет приблизительно пропорционально длине зазора. При очень малых однако, развитие электронной лавины также затруднено, так как электроны не успевают столкнуться с атомами газа в зазоре. Интересно отметить, что при напряжениях, меньших

минимального , зазор не пробивается ни при каких условиях.

При очень больших давлениях (точнее, больших значениях механизм развития разряда существенно изменяется. Из-за малой длины свободного пробега электронов разряд сначала локализуется в небольшой области промежутка вблизи места первичной ионизации. Распространение разряда происходит в этих условиях в основном за счет фотоионизации соседних участков газа. Такой процесс называется стримером. Примером стримерного разряда может служить молния.

Одним из интересных применений стримерного разряда является так называемая стримерная камера, в которой можно наблюдать следы заряженных частиц. В камере на очень короткое время создается сильное электрическое поле. Заряженная частица, прошедшая через камеру непосредственно перед включением поля, производит ионизацию газа вдоль своей траектории, а образующиеся при этом свободные электроны служат центрами возникновения стримеров. Свечение стримеров и позволяет наблюдать треки заряженных частиц (рис. III.7). Вследствие импульсного характера поля размеры стримеров остаются малыми, что обеспечивает высокую степень локализации траектории (порядка 0,3 мм).

При очень малых давлениях, т. е. в высоком вакууме пробой промежутка определяется почти исключительно процессами на электродах. Разряд развивается за счет автоэлектронной («холодной») эмиссии электронов с микроострий на поверхности катода, когда напряженность поля на них поднимается до величины В/см. Эмиссионный ток, плотность которого достигает на острие огромных значений, нагревает и испаряет острие, а сильное электрическое поле отрывает и увлекает на анод небольшие кусочки катода. Последние вызывают испарение материала анода, и образующиеся при этом ионы бомбардируют, в свою очередь, катод, разогревая его и вызывая термоэлектронную эмиссию.

Рис. 111.7. Фотографии треков электронов и позитронов в стрингерной камере (а) и разряда (б) в жидкости (гексан). Напряженность электрического поля 700 кВ/см, время экспозиции 5нс .

Описанный механизм развития разряда в высоком вакууме позволяет понять важный в практическом отношении эффект «тренировки» вакуумного зазора. Тренировка производится путем многократного пробоя зазора при небольшой мощности разряда и приводит к оплавлению острий на катоде.

Вполне естественно также, что электрическая прочность зазора существенно возрастает при очень малой длительности высокого напряжения или при его высокой частоте. Так, например, при с вакуумный зазор выдерживает поле около в то время как при с это значение падает до и дальше уже не зависит от .