Отрицательный коронный разряд

Если к электродам приложить электрическое поле, необхо­димое для возникновения коронного разряда, то из катода в воздушный промежуток может попасть некоторое количество элект­ронов, которые благодаря энергии электрического поля станут на своем пути движения к аноду порождать не только ударную ионизацию, но и возбуждение, и диссоциацию молекул воздуха. В итоге каждый свободный электрон на своем пути к аноду соз­даст ряд новых электронов, образующих движущуюся от катода к аноду лавину. Наряду с образованием такой лавины в зоне ионизации появляются и положительные ионы, которые под дейст­вием электрического поля станут двигаться к катоду, а также значительное число возбужденных молекул и атомов. При этом, например, молекулы воздуха под действием электронного удара в коронном разряде могут возбуждаться до высоких энергий. Такие возбужденные молекулы (атомы) при переходе в нормаль­ное состояние станут испускать кванты с большой энергией, преимущественно в области вакуумного ультрафиолета, для кото­рых характерен весьма большой показатель поглощения. Погло­щаясь в воздушном промежутке, кванты будут ионизовать новые молекулы. Появление новых центров ионизации приводит к возникновению новых электронных лавин.

По мере удаления от катода напряженность электрического поля убывает, что в свою очередь приводит к уменьшению ско­рости движения (энергии) свободных электронов в лавине. На некотором расстоянии от катода электрическое поле ос­лаблено настолько, что свободные электроны, движущиеся в ла­вине, практически перестанут производить дальнейшую иониза­цию молекул (атомов) воздуха, из-за чего коэффициент объем­ной ионизации станет приблизительно равным нулю. Оставшиеся в воздушном промежутке свободные электронные с малыми энер­гиями либо рекомбинируют с положительными ионами, либо же, взаимодействуя с атомами и молекулами кислорода, образуют отрицательные ионы. Вероятность образования отрицательных ио­нов в воздухе при нормальной плотности весьма велика из-за большого электронного сродства атомарного и молекулярного кис­лорода.

Следовательно, на расстоянии от катода свыше , то есть за пределами области отрицательного коронного разряда, образу­ется внешняя униполярная область, носителями тока в которой являются отрицательные ионы кислорода (,). Под действием электрического поля такие ионы медленно перемещаются к аноду. Из-за малой подвижности отрицательных ионов кислорода за пределами области коронного разряда в воздушном про­межутке образуется отрицательный пространственный заряд, кото­рый будет препятствовать продвижению к аноду отрицательных ио­нов, что приведет к ограничению силы тока коронного разряда.

Несколько иная картина создается при образовании отрица­тельной короны в электроположительных газах, например, в чис­том азоте. В этом случае за пределами области коронного раз­ряда также находятся отрицательные заряды, однако носителями тока являются свободные электроны. Поскольку подвижность сво­бодных электронов во много раз больше подвижности отрицатель­ных ионов, при одной и той же силе тока плотность объемного заряда, образуемая свободными электронами, значительно мень­ше плотности объемного заряда, создаваемого отрицательными ионами кислорода. Поэтому в чистых электроположительных газах отрицательный объемный пространственный заряд ограничивает ток коронного разряда гораздо слабее, чем в газах, способных образовывать отрицательные ионы.