1. Предпробивные процессы в конденсированных

ДИЭЛЕКТРИКАХ

Основным процессом, ответственным за инициирование и развитие разряда в диэлектриках, является генерация и перенос носителей зарядов в сильных электрических полях. Генерация электронов, дырок и ионов осуществляется из электродов за счет авто электронной и термоавтоэлектронной эмиссии. Носители зарядов образуются и в самом диэлектрике за счет диссоциации молекул, ударной или электростатической ионизации собственных и примесных состояний диэлектрика. Взаимодействие носителей заряда с веществом сопровождается формированием неустойчивостей, приводящих к инициированию и развитию плазменных каналов. Можно выделить несколько типов таких неустойчивостей: тепловая, электромеханическая, электрополевая, токовая и ионизационная.

1.1. Тепловая неустойчивость

Это наиболее универсальный тип неустойчивости. Она возникает в диэлектриках с большой проводимостью и сильным ее возрастанием с увеличением температуры, например, для активационной зависимости

(T) =_exp (W/kT) (1.1)

где W - энергия активации проводимости, k - постоянная Больцмана, T - температура в градусах Кельвина. При приложении напряжения диэлектрик разогревается токами проводимости. Неоднородность реальных диэлектриков вызывает появление зон с интенсивным и умеренным тепловыделением. Рост температуры увеличивает проводимость локальных областей. В этих областях будет происходить шнурование тока, интенсивный разогрев и фазовый переход, который может быть обусловлен проплавлением, разрушением или ионизацией "разогретыми" в электрическом поле носителями заряда. Напряженность поля, при которой развивается тепловая неустойчивость определяется из баланса энергии

(1.2)

где , c - удельная плотность и теплоемкость материала, t - время действия электрического поля. Тепловая неустойчивость используется в различных теориях теплового пробоя твердых диэлектриков.

1.2. Электромеханическая неустойчивость

Электромеханические (пандеромоторные) силы электрического поля создают давления на диэлектрик

(1.3)

где и_- относительные диэлектрические проницаемости для частоты воздействующего напряжения и оптического диапазона, E - локальная напряженность поля. Возникающие при этом механические напряжения недостаточны для разрушения диэлектриков. С учетом дефектов на границе электрод-диэлектрик может оказаться достаточным для разрушения давление P~210⁷н/м². Давление необходимое для разрушения может быть достигнуто у устья микротрещин, образующихся в объеме твердых диэлектриков. Электромеханическая неустойчивость может увеличиться за счет инжекции в диэлектрике объемного заряда. Электрическое поле, действуя на заряд плотностью, создает дополнительную локальную силу

F =E (1.4)

Жидкие диэлектрики под действием этой силы приходят в электро-гидродинамическое движение (ЭГД-течение). Кулоновское расталкивание зарядов одного знака в зоне объемного заряда создает натяжение в жидкости (пониженное давление) и жидкость "вскипает". Кулоновское натяжение и ЭГД-течение вызывает кавитацию с образованием микропузырьков. Ионизация в микропузырьках приводит к инициированию разряда.