2 Пробой вида е

Описанные выше процессы характеризуют формиро­вание сильноточного газового разряда в импульсных ис­точниках света, основанных на использовании соединен­ного с накопительным конденсатором (непосредственно или через какой-то ключ) двухэлектродного газового промежутка вроде искровых разрядников, применявших­ся для освещения в ранней стадии развития скоростной фотографии. Значительно большее распространение по­лучили, однако, управляемые, чаще всего трехэлектродные (в некоторых случаях многоэлектродные), импульс­ные лампы, в которых сильноточный разряд между ос­новными токоведущими электродами формируется при посредстве тонкого вспомогательного плазменного кана­ла, созданного импульсом высокого напряжения на уп­равляющем электроде (иногда на одном из основных электродов, отделенном от накопительного конденсато­ра индуктивностью) от вспомогательного маломощного источника (обычно — импульсного трансформатора). Вспомогательный плазменный канал возникает при включении импульсной лампы в схемах, подобных приве­денным на рис.2. Замыкание коммутирующего устрой­ства К создает на управляющем электроде импульс вы­сокого напряжения, пробивающий промежуток между основными электродами посредством механизма одного из охарактеризованных выше пробоев видов А—D. Если лампа представляет собой стеклянную трубку большой длины и относительно малого диаметра, часть вспомогательного канала обычно проходит по внутренней поверх­ности трубки, так что вспомогательный пробой в целом может быть охарактеризован эквивалентной схемой, представленной на рис.3 и внешне напоминающей схе­му па рис.2, б:

Рис.2. Примеры схем включения приборов, использующих пробой вида Е.

Благодаря включению участка поверх постного пробоя, основанного на механизме взаимодей­ствия со статическими зарядами на стенках, существенно снижается напряжение вспомогатель­ного импульса, требуемое для перекрытия большого рас­стояния между основными электродами (см., например, зависимости на рис.4).

Однако ввиду малой мощности и кратковременности импульса высокого напряжения вспомогательный пробой сам по себе не приводит газовый промежуток Им­пульсной лампы в состояние высокой проводимости, так как при малом напряжении источника он не вызывает существенного тока.

Рис. 3. Эквивалентная схема вспомогательного пробоя в трубча­той лампе.

Если под понятием «пробой» подразумевать переход газового промежутка из состояния весьма низкой в состояние весьма высокой проводимости, то этим понятием должно ох­ватываться и формирование в импульсной лампе основного разряда. Постепенное повыше­ние напряжения на источнике, в ходе которого время от вре­мени производятся повторные вспомогательные пробои, приводит, в конце концов, к тому, что один из вспомогательных пробоев переходит в основной пробой с бурным возрастани­ем тока в цепи, питаемой от источника. Именно этот основ­ной пробой и является про­боем вида Е. Минимальное напряжение U_З на источнике, при котором может произойти основной пробой (так называемое напряжение зажигания газоразрядного прибора). Это напряжение может лежать значительно ниже напряже­ния обычного статического пробоя того же газового промежутка в отсутствие вспомогательного высоковольт­ного импульса (так называемого напряжения самопро­боя лампы U_сам).

Выработанное представление об условии наступле­ния пробоя вида Е базировалось на учете сле­дующих особенностей такого пробоя, известных из раз­работок и эксплуатации основанных на нем импульсных .памп: а) определенность напряжения зажигания; б) зна­чительно более низкое значение U₃ для приборов, напол­ненных инертными газами, по сравнению с приборами, наполненными молекулярными газами; в) резкое возра­стание U₃ при добавлении к инертному газу небольших примесей молекулярного газа; г) снижение U₃ при уменьшении давления газа и расстояния между электро­дами и увеличении мощности зажигающего импульса; д) уменьшение разности между напряжением зажигания разряда U₃ и напряжением его погасания f/_n при умень­шении внутреннего диаметра разрядной трубки (если диаметр трубки приближается к диаметру канала вспо­могательного разряда, определяемого стримерным ме­ханизмом, эта разность стремится к нулю).

Картина погасания разряда, питаемого от конденса­тора, может быть намечена на основе представления о балансе, энергии в сформированном импульсном раз­ряде, ограниченном стенками разрядной трубки. В ходе разряда, по мере снижения напряженности электричес­кого поля Е вследствие падения напряжения на конден­саторе, относительная доля потерь на стенках в общем, балансе энергии возрастает, приближаясь к 100%. При низких напряженностях электрического поля, подводи­мая к каналу разряда мощность быстро снижается из-за характерного резкого роста удельного сопротивления плазмы и при каком-то значении Е перестает компенси­ровать потери энергии на стенках, вследствие чего про­исходит резкое выключение тока, (охлаждение канала приводит к увеличению его сопротивления, а последнее - к дальнейшему уменьшению его мощности и еще большему охлаждению и т. д.). Так как относительная по­теря энергии на стенках увеличивается с уменьшением диаметра канала, напряжение погасания разряда в узких трубках выше, чем в широких.

Сближение U_З и U_П для особенно тонких трубок поз­воляет предполагать, что пробой вида Е является про­цессом, обратным процессу погасания импульсного раз­ряда. Созданный при вспомогательном пробое канал плазмы между основными электродами газового проме­жутка может либо быстро деионизироваться, если мощ­ность разряда, вызываемого основным источником напряжения, недостаточна для покрытия энергетических потерь (случай отрицательного баланса мощности), ли­бо начать расширяться, если эта мощность превышает потери (случай положительного баланса). Расширение] канала приводит к еще большему превышению подво­димой мощности (пропорциональной квадрату диамет­ра) над мощностью потерь (пропорциональной диаметру в первой степени). Таким образом, переход от отри­цательного к положительному балансу мощности является критичным и ведет к бурному возрастанию то­ка, характерному для всех видов пробоя при высоких давлениях. Условие осуществления положительного ба­ланса мощности может быть отождествлено с условием наступления пробоя вида Е.

Особенностями пробоя данного вида в самом деле, оп­ределенность значения U₃ вытекает из определенности баланса мощности в заданном канале плазмы вспомо­гательного пробоя и критичности условия наступления пробоя. Малое сечение рассеяния электронов атомами инертных газов (эффект Рамзауера) объясняет более низ­кую напряженность электрического поля, необходимую для обеспечения положительного баланса мощности в инертных газах по сравнению с молекулярными, и соот­ветственно меньшие значения U₃ в инертных газах. Увеличение мощности вспомогательного импульса приводит к увеличению проводимости и диаметра первоначально­го канала плазмы, благодаря чему положительный ба­ланс мощности может в нем установиться при пониженной напряженности электрического поля.