Контракция газового разряда

Контра́кция га́зового разря́да (от лат. contractus, стягивание) — явление сужения газового разряда, при котором диаметр столба разряда становится значительно меньше диаметра разрядной трубки.

Физические основы

Файл:ВАХ контрактация газового разряда.jpg

ВАХ диффузного и контрактированного газового разряда

Контракция (сжатие) газового разряда — одно из проявлений пространственной неоднородности газовых разрядов. Это явление исследовалось в газоразрядных трубках, поскольку они обладают идеальной симметрией и осуществлять повторяющиеся наблюдения перехода диффузного тлеющего разряда к образованию шнуров в центре трубок легко с экспериментальной точки зрения. Контракцию газового разряда относят к критическим явлениям в низкотемпературной плазме.

Суть явления состоит в изменении характера протекания газового разряда и резком сужении поперечного размера области разряда (много меньше диаметра газоразрядной трубки) при превышении определённых пороговых значений давления газа или разрядного тока в трубке. Происходит уменьшение использования объёма газоразрядной трубки, газовый разряд становится пространственно неоднородным, а плазма разряда — неравновесной. Объёмная плотность энергии, выделяющейся в контрагированном газовом разряде, намного выше, чем в диффузном, интенсивность свечения и спектр испускаемого излучения изменяются. Изучение причин, механизмов и параметров перехода к контракции газового разряда необходимы для конструирования МГД-генераторов, газовых лазеров, плазмотронов и других приборов, использующих особенности газового разряда. В этой связи важной задачей является установление радиальных распределений параметров газовой плазмы — плотности электронов, температуры, давления и др.

На рисунке показаны вольт-амперные характеристики (ВАХ) положительного столба диффузного газового разряда (слева), подвергшегося контракции (кривые справа). ВАХ понижается из-за разогрева газа при высоких протекающих токах, достигая критического значения вблизи значений тока ~(100—130) мА. В этой области происходит контрактация, напряжение уменьшается резким скачком при плотности тока около 5,3 мА/см². Эффективный радиус шнура уменьшается приблизительно в 20 раз.

Для контрактации газового разряда необходимы следующие условия:

1. Существование градиента образования заряженных частиц (электронов) от максимального вблизи оси трубки до минимального у её стенок; характер спадания эффективности генерации должен быть очень резким;
2. Время диффузии носителей заряда от оси к стенке должно быть гораздо больше времени объёмной рекомбинации заряженных частиц (электронов), величина тока достаточно велика, а концентрация заряженных частиц высока.
3. Радиус токового шнура $r_{e}$ при выполнении этих условий должен составлять величину порядка $r_{e}={\sqrt {\frac {D}{\alpha \left\langle N\right\rangle }}}$, где $D$ — коэффициент диффузии, $\alpha$ — коэффициент объёмной рекомбинации, $\left\langle N\right\rangle$ — среднее значение плотности заряженных частиц (электронов). Радиус шнура должен быть гораздо меньше радиуса газоразрядной трубки.

В этом случае основной причиной контракции газового разряда является радиальная неоднородность темпа образования заряженных частиц (электронов).

Применение

Контракция газового разряда считается вредным, паразитным явлением при работе газовых приборов, что ограничивает области давлений и температур используемых газов и газовых смесей в действующих приборах и устройствах.

Литература

• Фюнфер Э., Нейерт Г. Счётчики излучений. — Москва : Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники, 1961.
• Капцов Н. А. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах. — Москва, Ленинград : Гостехиздат, 1947.
• Левитов В. И. Корона переменного тока. Вопросы теории, методов исследования и практических характеристик — Москва : Энергия, 1975.
• Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — Москва : Наука, 1992.
• Соколова М. В. Коронный разряд в газах // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т. 2 — Москва : Наука, 2000.
• Кечиев Л. Н., Пожидаев Е. Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. — Москва : Изд. дом «Технологии», 2005.

Ссылки

• Высокочастотный разряд

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Контракция газового разряда», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Контракция_газового_разряда» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».