Газовый разряд – это совокупность сложных физических явлений, представляющих собой электрический пробой газа, сопровождающийся формированием в нем проводящего канала и прохождением через него электрического тока.
Рассмотрим некоторые общие физические процессы, характерные для любого вида электрического разряда в газе. Первоначальные свободные электроны и ионы в газе могут появиться за счет внешних световых потоков, ионизирующих излучении различной природы, термоэлектронной эмиссии, фотоэмиссии с поверхности катода и т.д. Если к электродам разрядного промежутка приложено внешнее постоянное напряжение плюсом к аноду, то электроны начинают перемещаться по направлению к аноду, а ионы — к катоду.
Разность потенциалов в разрядном промежутке, при которой электроны приобретают энергию, достаточную для возбуждения (ионизации) нейтральных атомов, называют напряжением возбуждения (ионизации). Исходные электроны, набрав энергию в электрическом поле, будут ионизировать молекулы или атомы газа. В результате будут появляться добавочные свободные электроны, которые при движении к аноду будут также участвовать в ионизации. Образовавшиеся в результате ионизации положительные ионы перемещаются по направлению к катоду и выбивают с его поверхности новые электроны, которые в свою очередь также участвуют в ионизации. Таким образом, число электронов лавинообразно увеличивается до установления стационарного состояния, определяемого параметрами (Е/р, pd, родом газа, внешними ионизирующими источниками, материалом и температурой катода, сопротивлением внешней цепи и рядом других факторов.
Чаще всего в разрядах суммарные объемные заряды электронов и ионов равны, а дебаевский радиус (длина, см. приложение 1.3.) экранирования существенно меньше размеров приборов. Такое состояние ионизированного газа называют газоразрядной плазмой.
Експериментально ВАХ газового проводника - например, промежутка между двумя электродами, помещёнными в стеклянную трубку, заполненную газом, — снимают с помощью схемы, представленной на рис. 6. Сопротивление необходимо для ограничения тока в цепи и стабилизации разряда на участках с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Для устойчивости разряда сумма отрицательного и положительного сопротивлений такой цепи должна быть положительной, то есть в точке пересечения с ВАХ нагрузочная прямая должна иметь больший наклон, чем участок кривой ВАХ (рис. 7).
Поскольку здесь нет специального внешнего ионизатора (внешняя ионизация создаётся только естественным радиоактивным излучением и космическими лучами), начальный участок характеристики несамостоятельного разряда (участок ОА на рис. 3) соответствует столь малым токам, что на графике его не удаётся изобразить. Характеристика начинается сразу с участка АБ, соответствующего току насыщения (участок АБ на рис. 3) и режиму газового усиления. В точке В происходит пробой и начинается самостоятельный разряд, который на всём горизонтальном участке характеристики ВГ соответствует тёмному таунсендовскому разряду.
Участок характеристики ГДЕЖ соответствует тлеющему разряду, причём его падающая часть ГД называется поднормальным тлеющим разрядом, горизонтальная часть ДЕ - нормальным тлеющим разрядом и остальная часть ЕЖ аномальным тлеющим разрядом. Далее идёт падающий участок ЖЗ, который можно получить при маленьких сопротивлениях и сильноточных источниках напряжения. Он соответствует переходу к дуговому разряду. Заметим, что при больших давлениях газа (атмосферном и больше) после пробоя сразу устанавливается дуговой разряд.
Структура тлеющего разряда и распределение по длине основных основных характеризующих его величин
