Электроника

ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД, прохождение электрич. тока через газ или пары металлов под действием электрич. поля. Формы и параметры Г. р. весьма разнообразны. Они зависят от состава и давления газа, геометрич. характеристик разрядного Промежутка, величины и частоты приложенного напряжения и т. д.
В обычных условиях значения концентрации эл-нов и ионов в газе и, следовательно, его электропроводность крайне низки, поэтому для возникновения Г. р. необходима ионизация газа. Г. р., могущий существовать лишь в присутствии вызывающего и поддерживающего его внеш. ионизатора, наэ. несамостоятельным; если Г. р. продолжается и после прекращения действия внеш. ионизатора, то он наэ. самостоятельным. При достаточно малом напряжении U на разрядном промежутке сила тока I несамостоят. Г. р. растёт с ростом U и достигает насыщения, определяемого первичной ионизацией газа, когда все заряженные ч-цы, возникающие под действием ионизатора, уходят за то же время за пределы разрядного промежутка. Дальнейшее увеличение U приводит к ионизации электронным ударом, в результате к-рой возникают вторичные заряженные ч-цы. При этом I возрастает — происходит т. н. ионизационное (газовое) усиление тока. При определённом значении U=UH, наэ. критическим, происходит пробой в газе, приводящий к лавинообразному росту концентрации вторичных заряженных ч-ц. При этом рождение вторичных ч-ц в газе происходит быстрее, чем де-нониэация газа, и Г. р. становится самостоятельным. Такой Г. р. не зависит от кол-ва первичных заряженных ч-ц, к-рые играют лишь роль «затравки» в возникновении лавинообразного процесса. Интенсивность  внеш. ионизатора вития пробоя при U>UK. Типичная ВАХ самостоят. Г. р. при невысоких давлениях приведена иа рис. 1. При достаточно малых токах стационарного самостоят. Г. р., пока влияние пространственного заряда на распределение элект-рич. поля в разрядном промежутке несущественно, напряжение на Г. р. равно и„. Излучение такого Г. р., получившего назв. тихого разряда, весьма мало. Искажение поля пространств, зарядом становится существенным в режиме нормального тлеющего разряда, когда расстояние, на к-рое распространяется действие электрич. поля отд. заряженной ч-цы (дебаевский радиус экранирования), становится меньше размера разрядного промежутка. При этом в Г. р. возникает область квазинеитральной плазмы, к-рая с ростом тока заполняет почти весь разрядный промежуток. Уход эл-нов из плазмы замедляется из-за перехода от свободной диффузии к амбиполярнои диффузии. Поэтому для поддержания нормального тлеющего разряда необходимо напряжение меньшее, чем U„. При небольших токах Г. р. занимает лишь часть поверхности катода, растущую пропорционально току. Рост силы тока после того, как разряд займёт весь катод, сопровождается переходом нормального тлеющего разряда в аномальный. Дальнейшее увеличение силы тока приводит к росту тепловыделения на катоде и его темп-ры. При определенной силе тока, когда становится существенной эмиссия эл-нов из катода, происходит переход к дуговому разряду. Как при тлеющем, так и при дуговом Г. р. пост, тока вблизи *атода существует область сильного электрич. поля, характеризующаяся относительно резким падением потенциала. Она получила назв. области катодного падения потенциала (КПП). Нередко КПП наэ. саму величину падения потенциала в прикатодной области. КПП играет осн. роль в процессах, обеспечивающих протекание тока в газе. В результате интенсивной ионизации в области КПП генерируется практически весь ионный ток на катод. В тлеющем Г р. с холодным катодом и небольшим током КПП (порядка иеск. сотен В) зависит лишь от состава газа и материала катода (нормальное КПП). При больших токах оно растёт с ростом тока, достигая неск. тыс. В (аномальное КПП). В дуговом Г. р. КПП резко уменьшается из-за эмиссии эг-нов с катода (примерно на порядок по сравнению с ьДОП в тлеющем Г. р. с холодным катодом).
Если разрядный промежуток достаточно велик, то осн. его часть как в тлеющем, так и в дуговом Г. р. занимает положит, плазменный столб. Параметры его не зависят от св-в электродов и определяются условием стационарности: равенство ср. частоты ионизации (отнесённой к одному »л-ну) и обратного времени жизни заряженных ч-ц. Т. к. ионизация обычно происходит при электронных ударах, л распределение эл-нов спадает экспоненциально с энергией, то ср. энергия эл-нов в столбе составляет неск. эВ (в неск. раз ниже переого потенциала ионизации). Распределение эл-нов при этом может сильно отличаться от максвелловского. Темп-pa же тяжёлых ч-ц при малых давлениях и токах имеет величину порядка комнатной, поэтому плазма сильно неравновесна. Неравноаесность является причиной развития многочисл. неустойчивостей. Особенно характерно для Г. р. образование чередующихся тёмных и светлых слоев в положит, столбе Г. р. (страт) и шнурование тока. В результате шнурования Г. р. с ростом давления и силы тока отрывается от стенок. При этом происходит выравнивание электронной темп-ры и темп-ры тяжёлых ч-ц, так что плазма дугового разряда при давлениях порядка атмосферного и выше обычно близка к равновесной. Джоулева энергия в Г. р. расходуется при упругих и неупругих столкновениях эл-нов с нейтральными молекулами. Иэ разрядного Промежутка энергия уходит в форме резонансного и нереэонансного излучения, уносится вследствие теплопроводности, а также потоком плазмы. На рис. 2 приведен баланс энергии в положит, столбе Г. р. Светящаяся область Г. р. (тлеющего, дугового), примыкающая к аноду, наэ. анодным свечением (АС). Т. к. в АС формируется ионный ток разряда, ионизация в нём происходит интенсивнее, чем в положит, столбе разрядного промежутка. АС возникает в тех случаях, когда расстояние между анодом и катодом достаточно велико; при этом у поверхности анода образуется слой отрицат. пространств, заряда, обусловленный отсутствием ионного тока у поверхности анода. С АС совпадает участок с повыш. напряжённостью поля — область анодного падения потенциала, в к-рой происходит ускорение эл-нов, и обеспечивается дополнит, ионизация молекул (атомов) газа.
Г. р. может протекать и под действием перем. электрич. напряжения (Г. р. перем. тока). Такой разряд имеет стационарный характер, если частота перем. напряжения достаточно высока. Типичным примером может служить высокочастотный разряд. ВЧ и СВЧ разряды или разряды под действием интенсивного лазерного излучения (к-рые также относят к Г. р.) отличаются от Г. р. пост, тока прежде всего меньшей ролью процессов в приэлектродных областях (поэтому возможен вообще беээлектродный разряд)-
Кроме стационарных Г. р., осн. характеристики к-рых не зависят от времени, существуют нестационарные Г. р. Они возникают обычно в сильно неоднородных полях, напр. у заострённых и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Из нестационарных Г. р. наиболее известны коронный разряд и искровой разряд.
Г. р. Применяются во ми. областях науки и техники. Все виды  Г.  р.  исследуются н применяются при  воэбуждении газовых лазеров. Дуговой или ВЧ разряды являются осн. рабочими процессами в плазмотронах. На применении искрового разряда основаны прецизионные методы электроискровой обработки. На св-вах Г. р. основана работа газоразрядных счётчиков и плазменных источников заряженных ч-ц, газоразрядных источников света, устр-в для сварки и плаэмохим. обработки, электронных газоразрядных приборов и т. д. Изучение Г. р. занимает важное место в физике плазмы.