Ионизационные процессы отрицательного коронного разряда Часть 1. Обзор и эксперимент

Цель исследований. Экспериментальное изучение физических процессов в приэлектродных областях отрицательных острийковых электродов в электроотрицательном газе (воздухе) под действием высоковольтного поля.

Методы. Используются анализ видеоизображений, измерения ВАХ, спектроскопия. Производится измерение ВАХ в окрестности напряжения зажигания коронного разряда, изучается проблема экспериментальной идентификации поверхностных зарядов, механизм зажигания отрицательного КР.

Результаты. Показано, что при малых радиусах закругления игольчатых электродов развитие отрицательного коронного разряда обусловлено холодной эмиссией электронов, а на плоских и слабо искривленных отрицательных электродах – захватом поверхностных электронов электроноакцепторными молекулами. Изучен механизм зажигания КР в электроотрицательном газе при отрицательной игле, структура стримеров от отрицательных игл, спектр излучения и эктонная деградация электродов.

Заключение. Зажигание отрицательного КР при малых радиусах кончиков заострений игл (ro £ менее десятков микрометров) обусловлено холодной эмиссией электронов с последующей ударной ионизацией нейтральных молекул. При слабо искривленных электродах появление отрицательного КР обусловлено захватом ПЭ электроотрицательными молекулами газа с последующими плазмохимическими реакциями. Формирование ПЭ электронов зависит от множества факторов: наличия и структуры оксидных пленок (шероховатости, дефектов и т. д.), определяющих работу выхода электронов и формирующих локальные поля на кончиках микроостриев. Появление КР приводит к деградации коронирующих электродов, выражающейся в распылении кончиков заострений и оплавление игл. В темновой области отрицательного КР (U < U*) излучаются фотоны в УФ-спектре, а при U > U*, кроме УФ-фотонов, излучаются фотоны в видимой области спектра. Флуктуации свечения обусловлены хаотической динамикой формирования инжекционных центров (оплавленных бугорков-эктонов) на поверхности коронирующего электрода. Зажигание КР сопровождается излучением звука с частотой порядка 300 Гц.

1. Смирнов Б. М., Сон Э. Е. Электрические процессы в атмосферном воздухе // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60, вып. 4. C. 589–624.

2. Влияние пучка ускоренных электронов и внешнего электрического поля на горение пропановоздушной смеси в дозвуковом потоке воздуха / П. В. Булат, К. Н. Волков, Л. П. Грачев, И. И. Есаков, В. Л. Бычков // Теплофизика высоких температур. 2023. Т. 61, вып. 6. С. 904–913.

3. Электрофизические и тепловые процессы в условиях горения разряда с жидким (неметаллическим) катодом / Ал. Ф. Гайсин, Ф. М. Гайсин, Р. Ш. Басыров, Р. Р. Каюмов, Д. Н. Мирханов, С. Ю. Петряков // Теплофизика высоких температур. 2023. Т. 61, вып. 4. С. 484–491.

4. Zhakin A. I. Surface Electrons: theory and EHD application // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2023. Vol. 59, no. 5. P. 601–612.

5. Жакин А. И. Электрогидродинамика // Успехи физических наук. 2012. Т. 182, № 5. С. 495– 521.

6. Жакин А. И., Кузько А. Е. Исследование электропроводности и ЭГД течений слабо концентрированного раствора трансформаторного масла с электроноакцепторной примесью (йодом) // Электронная обработка материалов. 2023. Т. 59(3). С. 32–45.

7. Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966. 564 с.

8. Смирнов Б. М. Физика слабоионизованного газа: в задачах с решениями. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985. 424 с.

9. Мик Дж., Крегс Дж. Электрический пробой в газах. М.: Иностр. лит., 1960. 605 с.

10. Френсис Г. Ионизационные явления в газах. М.: Атомиздат, 1964. 207 с.

11. Базелян Э. М., Райзер Ю. П. Искровой разряд. М.: Изд-во МФТИ, 1997. 320 с.

12. Синкевич О. А., Стаханов И. П. Физика плазмы (стационарные процессы в частично ионизованном газе). М.: Высшая школа. 1991, 191 с.

13. Мнацакян А. Х., Найдис Г. В. Процессы образования и гибели частиц в азотно-кислородной плазме // Химия плазмы: сборник статей. Вып. 14 / под общ. ред. Б. М. Смирнова. М.: Энергоиздат, 1987. 296 с.

14. Смирнов Б. М. Отрицательные ионы. М.: Атомиздат, 1978. 176 с.

15. Месси Г. Отрицательные ионы. М.: Мир, 1979. 754 с.

16. Остроумов Г. А. Взаимодействие электрических и электродинамических полей. М.: Наука, 1979. 319 с.

17. Flow characteristics of dc wire-non-parallel plate electrohydrodynamic gas pumps / H. Tsubone, J. Ueno, B. Komeili, S. Minami, G. D. Harvel, K. Urashima, C. Y. Ching, J. S. Chang // Electrostatics. 2008. Vol. 66. P. 115.

18. Mechanism of electrohydrodynamically induced flow in a wire-non-parallel plate electrode type gas pump / J. S. Chang, H. Tsubone, Y. N. Chun, A. A. Berezin, K. Urashima // J. Electrostatics. 2009. Vol. 67. P. 335.

19. Месяц Г. А. Эктон – лавина электронов из металла // Успехи физических наук. 1995. Т. 165. С. 601–626.