Ионизационные процессы отрицательного коронного разряда. Часть 2. Теория. Сравнение с экспериментом

   Цель исследований – теоретический анализ ионизационных процессов в воздухе, которые инициируются высоковольтным полем, генерируемым электродной системой отрицательная игла – плоский электрод.

   Методы. Используются Fe, Cu, Al электроды. Вычисления проводятся методами квантовой механики и математической физики.

   Результаты. Анализируются процессы холодной и термоэлектронной эмиссии электронов, усиленные внешним высоковольтным полем (эмиссия Шоттки). Исследуются условия, при которых определяющей является генерация зарядов с поверхности катода за счет плазмохимических реакций и захвата поверхностных электронов электроотрицательными молекулами кислорода. На основе теории ПЭ строится теория инжекции отрицательных ионов с катода в электроотрицательном газе и сравнивается теория с экспериментом. Показано, что при малых радиусах закруглений кончиков игл, когда Е ≥ 10⁶ В/см, генерация зарядов обусловлена холодной эмиссией электронов. В средних полях Е ≈ 10⁵ В/см эмиссия электронов обусловлена эффектом Шоттки. В полях Е ≈ 10⁴ В/см и ниже инжекция обусловливается электрохимическими процессами и захватом ПЭ. Захват ПЭ электроноакцепторными молекулами обусловливает инжекционный ток и, как следствие – зажигание коронного разряда. Получены аналитические выражения для поверхностной плотности как функция локальной напряженности электрического поля, а также выражение для инжекционного тока. Совпадение теории с экспериментом удовлетворительное.
   Заключение. Дан анализ развития КР на отрицательных иглах. Построена теория ПЭ на катоде в сильных электрических полях. По результатам измерения темновых отрицательных ВАХ можно определять закономерности поверхностных процессов с участием электронных переходов, в частности определить концентрацию ПЭ и инжекционные токи.

1. Физическая энциклопедия / гл. ред. А.М. Прохоров. Т. 2. М.: Сов. энцикл., 1996. 703 с.

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

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

4. Физическая энциклопедия. Т. 4 / гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. 704 с.

5. Физическая энциклопедия. Т. 3 / гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. 672 с.

6. Волков В.А., Петров В.А., Сандомирский В.Б. Поверхность с высокими кристаллографическими индексами – сверхрешетка для двумерных электронов // Успехи физических наук. 1980. Т. 131, № 3. С. 423–440.

7. Шикин В.Б., Монарха Ю.П. Двумерные заряженные системы в гелии. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. (Совр. пробл. физики), 1989. 160 с.

8. Жакин А.И. Приэлектродные и переходные процессы в жидких диэлектриках // Успехи физических наук. 2006. Т. 176, № 3. С. 289–310.

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

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

11. 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 // Journal of Electrostatics. 2008. Vol. 66. P. 115–121.

12. Mechanism of electrony drodynamically 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 // Journal of Electrostatics. 2009. Vol. 67. P. 335–339.

13. Zhakin A.I., Kuz’ko A.E. Study of the electrical conductivity and EHD flows of weakly concentrated solution of transformer oil with an electron-acceptor impurity (Iodine) // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2023. Vol. 59, no. 6. P. 803–815.

14. Zhakin A.I., Kuz’ko A.E. High voltage degradation of electrodes caused by electrochemical injection in liquid dielectrics // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2022. Vol. 58, no. 6. P. 625–637.

15. Технология тонких пленок : справочник. Т. 2 / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. М.: Сов. радио, 1977. 768 с.

16. Кузько А.Е., Кузьменко А.П., Тимаков Д.И. Влияние на зарядообразование электрических полей на поверхностях наноструктурированных электродов // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, вып. 2. С. 91‒96.

17. Дэвис Д.А. Волны, атомы и твердые тела. Киев: Наукова думка; 1981. 284 с.

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

19. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука; 1977. 672 с.

20. Киселев И.Ф., Козлов С.Н., Затеев А.В. Основы физики поверхности твердого тела. М.: Наука; 1999. 284 с.

21. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. М.: Высшая школа; 1961. 512 с.

22. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбции. М.: Наука; 1987. 432 с.

23. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир; 1980. 488 с.