1.6 Объемный разряд в инертных газах и их смесях с галогеносодержащими молекулами

Сложные и многочисленные процессы, протекающие в импульсном газовом разряде, сильно зависят от параметров разряда, в частности от таких, как подводимое к разряду напряжение, давление и сорт газа. При малом перенапряжении (К_п = U/U_n= 1,01, где U— напряжение на электродах, U _пр -пробивное напряжение) и атмосферном давлении имеет место таунсендовский механизм пробоя в виде совокупности электронных лавин. В принципе, протекание тока в этом случае может иметь объемный характер. При низком давлении такой разряд обычно называют тлеющим. При перенапряжении К_п 1,1 лавина может переходить в стример-нитевидный канал, хорошо регистрируемый визуально. Если не предпринимать специальных мер, разряд при стримерном механизме пробоя обычно завершается развитием локализованной в пространстве искры.

Однородность протекания тока между протяженными электродами определяется рядом факторов, находящихся в довольно сложной взаимосвязи. К основным факторам следует отнести условия предварительной ионизации, режим ввода энергии в разряд, геометрию активного объема и тип электродов (металлический, плазменный). Условия предварительной ионизации включают прежде всего уровень создаваемой до начала развития основного разряда концентрации электронов п_ео и однород­ность их распределения в газоразрядном объеме. Режим ввода энергии определяется начальным перенапряжением К_п, временем ввода энергии в разряд _в, характерным значением электрической мощности, выделяемой в разряде (W_B = jE, где j - плотность тока; E—напряжен­ность электрического поля). Геометрия активного объема, характери­зуемая обычно параметром d/S (где d — межэлектродное расстояние; S — площадь электрода), в значительной степени определяет условия согласования волнового сопротивления схемы питания с сопротивлением ОР. Тип электродов, а также их профиль влияют на распределение поля в межэлектродном объеме и, в какой-то степени, на устойчивость ОР. Перечисленные факторы, определяющие характеристики протекания тока ОР, в свою очередь зависят от состава газовой смеси, давления, уровня вкладываемой мощности, требуемых параметров лазерного излучения, прежде всего его длительности.

1.7 Источники предыонизации газа

Влияние УФ-излучения искры на характер пробоя разрядного проме­жутка отметил еще Герц в 1887 г. В дальнейшем было показано, что предварительная подсветка газового объема уменьшает время развития пробоя, способствует формированию диффузного свечения на начальных этапах развития разряда. С увеличением интенсивности УФ-излучения уменьшается напряженность поля, при которой может возникнуть объемный разряд.

Важное практическое значение имеет вопрос о минимальной плотности электронов предыонизации, необходимой для однородного формирования разряда.

В предельном случае малого количества затравочных электронов происходит независимое развитие порождаемых ими лавин. Известно, что в окрестности отдельной лавины нарастает искажение внешне­го поля полем пространственного заряда, который возникает в ходе ионизационного увеличения концентрации заряженных частиц в лавине. После того как лавина пройдет вдоль поля определенное расстояние и относительное искажение поля достигнет значения порядка единицы, дальнейшая ее эволюция будет носить так называемый стримерный характер, при котором она уже не будет конусообразно расширяться, а будет распространяться в виде канала.

Так же можно отметить, что необходимый для однородного пробоя уровень предыонизации можно снизить, если развитие разряда будет проходить при повышенном напряжении на промежутке, в частности, при более крутом фронте его нарастания. Другая закономерность состоит в том, что в заданных условиях по напряжению при увеличении уровня предыонизации выше значения, когда условие перекрытия лавин уже обеспечено, однородность пробоя продолжает повышаться.

Повышение как начального уровня предыонизации, так и подаваемого на электроды напряжения, или скорость его роста (что увеличивает частоту ионизации), также способствует улучшению однородности развития разряда, обычно нарушаемой объемным зарядом

В настоящее время для создания начальной концентрации электронов в газоразрядном объеме электроразрядных лазеров наиболее часто применяются источники УФ и рентгеновского излучения.