Пробой газа. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Пробой газа - нестационарный процесс интенсивной ионизации газа под действием внеш. пост. или пе-рем. электрич. поля при достижении им нек-рой кри-тич. (пороговой) величины. В этом случае "затравочный" свободный электрон под действием поля набирает энергию, достаточную для ионизации атома, и, вовлекая далее в процесс ионизации газа всё новые и новые поколения электронов, порождает лавину электронную. Наряду с процессами рождения электронов существуют и процессы их исчезновения: прилипание к атомам и молекулам в эл--отрицат. газах, потери на электродах п диффузия.

Пробой газа происходит, если скорость рождения электронов превосходит скорость их исчезновения. В случае равенства указанных скоростей существует стационарный разряд.

Разнообразие ситуаций, к-рые могут разыгрываться при пробое газа, определяется не только родом и плотностью газа, но и геометрией электродов п разрядной камеры, частотой перем. эл--магн. поля. Простейший вариант относится к пробою между плоскими электродами в пост. электрич. поле (см. Пашена закон). Изучение именно этого вида П. г. позволило Дж. С. Таун-сенду (J. S. Townsend) открыть в 1900 электронную лавину и предложить лавинную теорию П. г.

При рассмотрении пробоя газа в перем. эл--магн. поле с частотой со вводят новый параметр, равный отношению амплитуды колебаний электронов (при

) либо амплитуды дрейфовых движений (при

) к характерному размеру разрядной камеры L (

- частота упругих столкновений электрона с атомами). Напр., для типичных условий СВЧ-пробоя этот параметр имеет величину

(l = 10 см, L = 1 см).

На рис. 1 приведены эксперта, и теоретич. значения порога СВЧ-пробоя для смеси Не и паров Hg.

Рис. 1 Зависимость порога СВЧ-пробоя для смеси гелия и паров ртути от давления. Сплошные линии - теория, кружки и точки - эксперимент; l = 10 см.

В области низких давлений

преобладают потери на ионизацию, и тогда пороговое поле

в области высоких давлений

напряжение пробоя

. Положение минимума соответствует

Мин. пороги пробоя в СВЧ-диапазоне имеют место при 1

10 тор, в оптическом - при десятках и сотнях атмосфер (см. Оптические разряды).

При ВЧ-пробое (l = 10

100 м) возможна ситуация, когда амплитуда колебаний электрона и характерный размер разрядной камеры сравниваются. В этом случае появляется скачок потенциала зажигания ёмкостного ВЧ-разряда, что связывается с возрастанием диффузионных потерь электронов на стенках камеры. Влияние геометрии электродов на параметры П. г. может быть показано на примере зажигания коронного разряда между коаксиальными цилиндрами. В этом случае порог пробоя зависит от радиусов внутр. и внеш. цилиндров, а также от знака потенциала внутр. цилиндра по отношению к заземлённому внеш. цилиндру (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость потенциала зажигания для азота между проволокой и коаксиальным цилиндром (радиусы 0,083 и 2,3 см соответственно): 1 - для положительно заряженной проволоки; 2 - для отрицательно заряженной проволоки.

Лавинная теория П. г. применима в огранич. области параметра pd (d - расстояние между электрода-ми, p - давление). Отступления от теории возникают как при pd

0 (см. Вакуумный пробой ),так и при возрастании pd. Напр., при атм. давлении время П. г. (время формирования самостоят. разряда) оказывается на два порядка меньше (

с при d = 1 см), чем следует из лавинной теории, где оно определяется в осн. подвижностью положит. ионов. Л. Б. Лёб (L. В. Loeb) и Дж. М. Мик (J. М. Meek), а также независимо от них X. Ретер (Н. Baether) предложили для объяснения высокой скорости формирования самостоят. разряда стри-мерную теорию, в к-рой учитывается ионизация газа вокруг первичной лавины в результате переноса излучения из её головки, а также волновой характер движения пространственного положит. заряда вдоль остова первичной лавины от анода к катоду (см. Стримеры).

При больших d возможен переход слабоионизов. канала стримера в хорошо проводящий лидер, обеспечивающий вынос потенциала электрода в глубь межэлектродного промежутка. На рис. 3 дана схема развития положит. лидера при пробое промежутка стержень - плоскость. Скорость удлинения канала лидера увеличивается с ростом крутизны импульса напряжения, достигая

см/с при крутизне

В/с.

Рис. 3. Схема развития положительного лидера: 1 - головка канала лидера; 2 - канал лидера; 3- стримерная зона лидера.

Вынос потенциала высоковольтного электрода образующимся плазменным стержнем при возбуждении волны пробоя (см. Ионизационные волны)исследовался в длинных экраниров. трубках при крутизне импульса напряжения до 5·

В/с.

Характерные особенности данного вида пробоя видны на рис. 4, где представлены зависимости от давления p скорости волны пробоя

вдоль трубки, амплитуды тока I в цепи заземлённого электрода и ко-эф. затухания a , характеризующего скорость уменьшения потенциала фронта по мере продвижения волны вдоль трубки. Трубка помещена в коаксиальный метал-лич. экран диаметром 5,4 см.

Рис. 4. Характеристики волны пробоя азота в длинной экранированной трубке: 1 - скорость волны

2 - амплитуда тока I; 3 - коэффициент затухания

Внутренний диаметр трубки 0,4 см, длина

48,5 см. Импульс напряжения отрицательной полярности с амплитудой 250 кВ, длительностью 9 не, с фронтом нарастания и спада

2,5 не подавался на один из электродов.

На фронте волны пробоя могут быть достигнуты высокие значения напряжённости электрич. поля. Об этом свидетельствует, напр., наблюдаемое рентг. излучение, возбуждаемое вблизи фронта пучками "убегающих" электронов. Отсюда возникает нек-рое сходство между пробоем в длинных трубках и П. г. электронным пучком.

Литература по пробою газа

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.