Ефект полярності

У слабонерівномірних полях, де мінімальний і середній градієнти напруги мало відрізняються друг від друга, коронна й розрядна напруги практично збігаються одна з одною, вплив полярності невеликий. У сильнонерівномірному полі коронна напруга набагато нижче розрядної, полярність при несиметричних електродах істотно впливає на величину розрядної напруги. У проміжку вістря-площина формування розряду залежить від полярності вістря.

При позитивній полярності вістря, наявні в проміжку електрони, рухаючись до вістря в область сильного поля, роблять ударну іонізацію й утворять лавину електронів. Коли лавина доходить до вістря, електрони лавини нейтралізуються на аноді, а позитивні іони внаслідок малої швидкості руху залишаються у вістря й створюють позитивний об'ємний заряд, що має власне електричне поле. Взаємодіючи із зовнішнім полем у проміжку, позитивний об'ємний заряд послабляє поле поблизу вістря й підсилює його в іншій частині проміжку (мал. 1.10, а). Якщо напруга між електродами досить велика, то виникає лавина електронів праворуч від об'ємного заряду, електрони якої, змішуючись із позитивними іонами об'ємного заряду, створюють зародок каналу анодного стримера, заповнений плазмою. Запалюється стримерный коронний розряд. Позитивні заряди цієї лавини будуть розташовуватися на голівці стримера й створювати область підвищеної напруженості в зовнішньому просторі. Наявність області сильного поля забезпечує утворення нових лавин, електрони яких втягуються в канал стримера поступово подовжуючи його. Стример проростає до катода, викликаючи пробій проміжку при порівняно малій величині розрядної напруги.

При негативній полярності вістря електричне поле безпосередньо у вістря приводить до емісії електронів з катода, які відразу попадають у сильне поле й роблять ударну іонізацію, утворюючи велику кількість лавин. Електрони лавин, переміщаючись у слабке поле анода, гублять швидкість, захоплюються нейтральними молекулами, стають негативними іонами, розсіяними в просторі. Позитивні іони лавин утворять об'ємний заряд у вістря, що, взаємодіючи із зовнішнім полем, буде збільшувати напруженість безпосередньо у вістря й зменшувати в іншій частині проміжку (мал. 1.10, б). Збільшення поля у вістря приводить до посилення емісії електронів з поверхні катода, які, змішуючись із позитивним об'ємним зарядом, утворять у катода зародок катодного стримера.

Рис. 1.10. Утворення анодного а) і катодного б) стримера: E -напруженість зовнішнього поля; Eоб — напруженість поля об'ємного позитивного заряду; Eрез — результуюча напруженість у проміжку після іонізації

Внаслідок великої кількості початкових лавин у катода плазменный канал тут являє собою більш-менш однорідний шар з радіусом кривизни більшим, ніж у вістря. Тому електричне поле трохи вирівнюється й напруженість у зовнішній області зменшується.

Зменшення напруженості електричного поля в зовнішньому просторі приводить до того, що для подальшої іонізації в цій частині проміжку необхідно значно збільшити різницю потенціалів між електродами.

При подальшому збільшенні напруги відбувається іонізація праворуч від плазменого шару, велика кількість лавин, що утворюються приводить до подовження стримера. Однак, так само, як і на початку, завдяки великій кількості лавин голівка стримера розмита, і зростання напруженості на голівці стримера виявляється набагато меншим, чим при позитивному вістрі.

У силу розглянутих вище особливостей розвиток стримера при негативному вістрі відбувається з більшими труднощами, тому розрядна напруга при негативній полярності вістря більше, ніж при позитивній полярності (в 2-2,5 рази).

На змінній напрузі пробій відбувається завжди на позитивній полярності.

Рис. 1.11. Залежність пробивної напруги від відстані між електродами стрижень-площина на імпульсній напрузі: 1 — позитивна полярність вістря; 2 — негативна полярність вістря; 3 — однорідне поле