Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В

ГАЗАХ -прохождение электрич. тока через ионизованные газы, возникновение и поддержание ионизованного состояния под действием электрич. поля. Термин "разряд" возник от обозначения процесса разрядки конденсатора через цепь, включающую в себя газовый промежуток, что происходит, когда напряжение превышает порог пробоя промежутка. Ныне это слово употребляют в более широком смысле.

Существует множество видов Э. р. в г. в зависимости от характера приложенного поля (пост. электрич. поле, переменное, импульсное, ВЧ, СВЧ), от давления газа, формы и расположения электродов и т. п. Ниже даны общее описание и примерная классификация разрядных явлений, рассмотрены их осн. составляющие элементы и более подробно- важнейшие виды разрядов.

Разряды в постоянном поле. Законы прохождения электрич. тока через газы значительно сложнее, чем через металлы и электролиты; лишь в редких случаях они подчиняются закону Ома. Их электрич. свойства описывают вольт-амперной характеристикой(BAX). Если в стеклянную трубку, наполненную к.-л. газом, ввести два электрода, подключённые к источнику пост, напряжения, то даже при небольшом напряжении (V<100 В) сверхчувствительный прибор зарегистрирует протекание очень слабого тока ~10^-15 А. Ток создаётся "вытягиванием" полем на электроды зарядов, образующихся под действием космич. лучей и естеств. радиоактивности. Если облучать газ рентг. или радиоакт. источником, ток повысится до 10^-6 А. При повышении напряжения ток сначала возрастает, затем достигает насыщения (чему соответствует полное вытягивание всех зарядов, образуемых внеш. источником)-участок AB на рис. 1.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика газовых разрядов: AB- несамостоятельный разряд; BC-тёмный таунсендовский; DE- нормальный тлеющий; EF -аномальный тлеющий; FG -переход в дугу; GH -дуговой; -нагрузочная прямая.

Такие разряды и ток, к-рые существуют только при действии постороннего ионизующего агента или, напр., благодаря электронной эмиссии, вызванной накаливанием катода, наз. несамостоятельными.

При нек-ром напряжении, зависящем от рода газа, давления r и расстояния между электродами d, происходит пробой и зажигается самостоятельный разряд, к-рый не нуждается в постороннем источнике ионизации.

Пробой газа начинается от случайных или искусственно впрыскиваемых нач. электронов, к-рые набирают в элек-трич. поле энергию, а затем теряют её на возбуждение и ионизацию атомов. В результате ионизации вместо одного энергичного электрона появляются два медленных, они снова набирают энергию и т. д.- развивается лавина электронная. За с ток вырастает на неск. порядков.

Дальнейший ход процесса зависит от ряда условий. При небольших давлениях (~10^-1 -10 тор) и очень большом электрич. сопротивлении внеш. цепи ограничивающем ток величиной ~10^-6 А, зажигается тёмный (таунсен-довский) разряд (участок BC на рис. 1); при несколько меньших сопротивлениях - тлеющий разряд (участок CF). Для последнего характерны ток (в трубках радиуса R~1 см) и напряжение В. При большом межэлектродном расстоянии образуется однородный светящийся столб (положит. столб разряда), представляющий собой плазму. Плазма тлеющего разряда неравновесная, электронная темп-paК значительно больше газовой темп-ры степень ионизации плазмы тлеющего разряда низкая, ~10^-8- 10^-6, в 10²-10⁴ раз меньше термодинамически равновесной, отвечающей Т _е. Если r порядка атмосферного, сопротивление мало, а источник тока мощный, то вскоре после пробоя зажигается дуговой разряд, для к-poro характерны сильный ток низкое напряжение В (участок CH на рис. 1), ярко светящийся столб.

В дуге выделяется большая мощность, стеклянная трубка быстро разрушилась бы от перегрева. Длительно поддерживать дугу в замкнутом сосуде можно только при спец. охлаждении. Дугу часто зажигают в открытом воздухе. В дуговом разряде плазма чаще всего равновесная, с К и соответствующей таким темп-рам степенью ионизации Какой разряд получится после пробоя, зависит от давления, напряжения и сопротивления и на графике определяется местом пересечения BAX разряда нагрузочной прямой -эдс источника питания (рис. 1).

Классификация газовых разрядов. Среди стационарных самостоятельных разрядов в пост. поле наиб. важные и распространённые - тлеющий и дуговой. Они различаются механизмами катодной эмиссии, обеспечивающей возможность протекания пост. тока, поскольку осн. носителями тока являются электроны. В тлеющем и тёмном (таунсендовском) разрядах катод холодный. Электроны вырываются из него положит. ионами (и фотонами). В дуговом разряде катод разогревается сильным током и происходит термоэлектронная эмиссия. В резко неоднородных полях, усиленных около острий, проводов линий электропередачи, возникает коронный разряд, самостоятельный и слаботочный. Среди быстротечных сильноточных разрядов особенно важен искровой разряд. Он возникает обычно при см и достаточно высоком напряжении, превышающем напряжение зажигания короны, если поле сильно неоднородное. Искровой пробой газа происходит в результате возникновения и быстрого развития тонкого плазменного канала от одного электрода к другому; затем получается как бы короткое замыкание цепи высокопроводящим искровым каналом. Одна из форм искрового разряда-молния. В коронном и искровом разрядах катодная эмиссия особой роли не играет.

Несущественна роль электродных процессов и в большинстве разрядов в быстропеременных полях. Поэтому разряды можно классифицировать, и не учитывая признаки, связанные с электродными эффектами, а по состоянию плазмы разряда и частоте электрич. поля. По характеру ионизац. состояния газа можно различать: 1) пробой;

2) поддержание электрич. полем неравновесной плазмы;

3) поддержание равновесной плазмы. Электрич. поля, вызывающие газовые разряды, делятся по частотам на: 1) постоянные, включая низкочастотные и не слишком кратковременные импульсные; 2) высокочастотные (ВЧ), с частотами сверхвысокочастотные (СВЧ), с и длинами волн

4) оптические (от далёкого ИК до УФ). Все вариантов разрядов реализуются на опыте, многие нашли широкое применение в физ. эксперименте и технике (табл. 1).

Табл. 1.- Классификация разрядов

Дрейф и энергия электронов в электрич. поле. Ускоряясь в пост. поле E, электрон при каждом столкновении теряет приобретённую направленную скорость. На фоне хаотич. движения устанавливается ср. скорость направленного дрейфового движения где -подвижность, -эфф. частота упругих столкновений электрона, е- заряд, т- масса. В слабоионизованном газе, при , частота столкновений где W- плотность атомов и молекул, -ср. скорость хаотич. движения электрона, -транспортное сечение, -сечение упругих столкновений косинус угла рассеяния (обычно Транспортная длина пробега При преобладают столкновения с ионами; N заменяется на плотность ионов - на кулоновское сечение - кулоновский логарифм. При см , тогда как Столкновение электрона с электроном к потере направленного импульса не приводит. В слабоионизованном газе действует подобия закон:зависит от отношения Если темп-pa газа мало отличается от комнатной, плотность N обычно характеризуют давлением; при T=293 К давлению р=1 мм рт. ст. = 1 тор соответствует плотность

Плотность тока где - проводимость. Когда преобладают столкновения электронов с ионами,и не зависит от п _е. Из-за большой массы подвижность ионов раз меньше поэтому в плазме, где вклад ионов в ток пренебрежимо мал. В табл. 2 приведены эксперим. оценочные значения характеристик электронов в диапазонах свойственных плазме тлеющего разряда.

Табл. 2.- Оценочные значения параметров слабоионизованного газа

В 1 см ³ за 1 с электрич. поле совершает над электронами работу Это есть джоулево тепло тока, передаваемое электронами газу при столкновениях. Упругая передача в одном эфф. столкновении составляет долю от энергии электрона(M.- масса атома); В молекулярном газе электрон гораздо больше тратит на возбуждение колебаний молекул; . Cp. энергия электрона соответствует балансу между приобретением и передачей энергии газу; баланс устанавливается очень быстро, за время . При не зависящем от энергии транспортном сечении и максвелловском распределении скоростей ср. энергия . Действует закон подобия: e~Е/N. В положит. столое тлеющего разряда эВ. Когда частота электрон-электронных столкновений много меньше электронный спектр далёк от максвелловского и имеет условный смысл. Более строгие выражения для и др. параметров находят, решая кинетич. ур-ние для ф-ции распределения электронов по скоростям

Образование и гибель заряженных частиц в электрическом поле. Атомы и молекулы ионизуются гл. обр. ударами электронов (см. Ионизация), в слабоионизованной неравновесной плазме - преим. из осн. состояния. Зная сечение ионизации и ф-цию распределения электронов, можно вычислить частоту ионизации -число ионизации, совершаемых электроном в 1 с. Вблизи порога (ионизационного потенциала /)При максвелловском распределении имеем:

Константы для разных газов различаются в 2-3 раза. Для Ar, напр., В случае пост, поля удобнее оперировать ионизац. коэф. -числом ионизации, к-рые электрон совершает на 1 см дрейфового пути вдоль поля:Обычно экспериментально измеряют

а не Для этих параметров также существует закон подобия: (рис. 2). Для определения широко используется полуэмпирич. ф-ла Таунсенда: ,постоянные A и B к-рой находят либо из опыта (для больших либо на основе решения кинетич. ур-ния (при низких Напр., в для при

Ионизация может быть и ступенчатой: первым электронным ударом атом лишь возбуждается, а ионизуется следующим или после повторного возбуждения. При объединении возбуждённых атомов может произойти ассоциативная ионизация (напр.,

Заряды из плазмы исчезают в результате рекомбинации в объёме или на стенках. При низкой темп-ре газа электронная рекомбинация в объёме идёт преим. диссоциативным механизмом типа с коэф. (в инертных газах после предварит. <реакции конверсии типа Частота рекомбинации При тор преобладает амбиполярная (совместная) диффузия электронов и ионов с частотой к стенкам, где они и нейтрализуются.

При коэф. амбиполярной диффузии (в азоте, напр., диффузионная длина. В длинной трубке

В электроотрицат. газах (O₂, CO₂, галогенах, их смесях и др.) происходит прилипание электронов с образованием отрицат. ионов. Скорость прилипания характеризуется частотой аналогичнымПод ударами возбуждённых частиц электроны могут отлипать от отрицат. ионов. Коэф. а нарастает с увеличением быстрее, чем а, поэтому кривые пересекаются [напр., в воздухе-при кВ/(см-атм)]. При меньшем в отсутствие отлипания ионизация в воздухе идти не может. В отсутствие поля прилипание идёт в тройных столкновениях типа в воздухе при p= 1 атм частота прилипания , т. е. электрон живёт- 10^-8 с. Положит. и отрицат. ионы в воздухе при атм. условиях рекомбинируют с коэф.

В равновесной плазме при и атм преобладают ступенчатая ионизация и электрон-ионная рекомбинация в тройных столкновениях, но п _е однозначно определяется Т, и r- ур-нием Саха.

Пробой. Плоский промежуток длиной в пост, поле тор · см пробивается путём размножения лавин через вторичную эмиссию. От каждого электрона, вышедшего с катода, рождается электрон-ионных пар. Попав на катод, ион выбивает из него g вторичных электронов (коэф. эмиссии 10^-3). Если вторичных электронов будет больше, чем первичных, ионизация будет неудержимо нарастать и произойдёт пробой. Порог пробоя или потенциал зажигания разряда V₁ определяется из условия Таунсенда:

С учётом (2)

Эта ф-ла неплохо описывает эксперим. кривые Пашена (рис. 3), имеющие минимум при следующих параметрах:

где -экспонента. В точке минимума кривой Пашена условия по pd оптимальны для размножения электронов.

Рис. 3. Потенциалы зажигания в постоянном поле (кривые Пашена).

В осциллирующем поле электрон совершает колебания: при -свободные, с амплитудой ; при -дрейфовые, с Если а много меньше характерных размеров разрядного объёма (что типично для СВЧ-диапазона), то лавины локализованы. Ионизация, вызванная случайным электроном, нарастает, если её частота превышает частоту диффузии электрона к стенкам В начале процесса зарядов мало и электроны диффундируют свободно с коэф. диффузии Пороговое для пробоя среднеквадратичное поле E, определяется из условия в электроотрицат. газе Порог пробоя Е _t (р )имеет минимум в зависимости от давления (рис. 4). Это объясняется следующим. При больших р. когда электрон набирает в перем. поле энергию примерно так же, как в постоянном, и Ионизация идёт интенсивно,

если ср. энергия электрона порядка I, т. е.не меняется, и, следовательно,При низких р, когдаочень сильна диффузия, и чтобы произошёл пробой (т. е. было выполнено условие поле должно возрастать при уменьшении р. Минимум соответствует такому р, когда Для СВЧ-диапазона тор. В/см. В качеств. отношении сказанное справедливо и для оптич. пробоя, но для оптич. частот p_min~10³ атм (см. Оптические разряды). При понижении частоты в ВЧ-диапазоне амплитуды дрейфовых колебаний могут оказаться сравнимыми с размерами сосуда. Тогда электроны начинают ударяться о стенки, их потери и порог пробоя скачкообразно возрастают.

Тлеющий разряд. Неотъемлемым элементом тлеющего разряда является катодный слой положительного пространственного заряда с сильным полем у катода и значит. катодным падением потенциала V _к ~150-400 В. Именно им обусловлено т. н. отрицательное тлеющее свечение за катодом, откуда и название разряда. Положит. плазменный столб играет роль проводника, соединяющего катодные части разряда с анодом (рис. 5). При уменьшении расстояния между электродами сначала сокращается именно он, потом фарадеево тёмное пространство (см. Тлеющий разряд), а катодный слой не изменяется, и лишь когда не хватает места для него (и отчасти для отрицат. свечения), горение разряда сильно затрудняется. Разряд может гореть и в сосудах замыслова-юй формы. Вследствие оседания электронов на стенках возникает дополнит. поле, к-рое векторно складывается с внешним. Силовые линии результирующего поля, протягиваясь от анода к катоду, повторяют все изгибы трубки.

Самоподдержание тока в тлеющем разряде осуществляется за счёт катодного слоя, благодаря неравномерному распределению потенциала между электродами (рис. 5). Часть межэлектродного промежутка заполняет хорошо проводящий . положит. столб со слабым полем В/(см · тор).

Рис. 5. Структура тлеющего разряда в трубке. Показаны распределения интенсивности свечения I, потенциала поля E, плотностей электронного j _е и ионного токов, плотностей ионов и электронов п _e, плотности объёмного заряда

Тем самым сокращается толщина области d, где должно происходить осн. размножение электронов и осуществляется самоподдержание тока. Уменьшение d приводит к наиб. выгодным для размножения условиям, отвечающим минимуму напряжения на кривых Пашена (рис. 3) и ф-лам (5).

Когда ток занимает не весь катод, плотность тока на катоде j _н имеет вполне определённое "нормальное" значение, удовлетворяющее закону подобия:

где

Обычно

При увеличении тока растет площадь свечения на катоде, а остаются неизменными (участок DE на BAX, рис. 1). 1акой разряд наз. нормальным. Когда свечение занимает весь катод, j, V _к и V при росте тока возрастают. Это - аномальный разряд (участок EF на рис. 1).

В любом сечении длинного однородного положит. столба ионизация компенсирует гибель электронов за счёт рекомбинации, амбиполярной диффузии к стенкам, прилипания (к-рое может частично компенсироваться отлипанием). Этим определяется зависимость поля в столбе от плотности зарядов в плазме (эквивалент BAX столба). При сильном нагреве газа BAX - падающая. В тлеющем разряде возникают разл. неустойчивости. Наиб. распространена иони-зационно-перегревная, связанная с увеличением частоты ионизации при тепловом расширении газа, вызванном случайным локальным перегревом. Рост ведёт к увеличению n _е, дополнит. тепловыделению и дальнейшему росту T. Эта неустойчивость вызывает контракцию газового разряда- стягивание разряда в токовый шнур. Др. неустойчивости приводят к возникновению страт- расслоению положит. столба вдоль тока на сильно и слабо ионизованные участки. Чаще всего страты бегут от анода к катоду и глазом не видны (см. также Низкотемпературная плазма).

Дуговой разряд. Его отличит. черта - малость катодного падения,Разогретый интенсивным потоком ионов катод или его токонесущие участки (катодные пятна) испускают достаточно сильный электронный ток. Плазма положит. столба дугового разряда при атм. давлении равновесна, её проводимость определяется темп-рой T. Поле в столбе определяются балансом энергии: джоулево тепло выносится за счёт теплопроводности к охлаждаемым стенкам (если дуга горит в трубке), либо рассеивается в пространстве (дуга в свободной атмосфере). Типичным примером последнего является дуга с угольными электродами в воздухе (рис. 6). BAX

столба и всей дуги падающая (рис. 7). Напряжение горения дуги складывается из напряжения на положит. столбе, пропорционального его длине, катодного и анодного падений напряжения. Когда на аноде образуется анодное пятно с анодное напряжение

резко уменьшается от V_a40 В до 10 В при i15-20 А. Из-за большой плотности тока анод в пятне испаряется (темп-ра 4200 К), при этом дуга "шипит".

Для мощных (10² - 10³ кВт) электродуговых устройств важнейшей является проблема эрозии электродов, в особенности катода. Даже тугоплавкие материалы, такие как вольфрам, подвержены разрушению и испарению, в особенности в катодных пятнах, где плотность тока достигает 10⁷ А/см ². В катодных пятнах происходит термоавтоэлект-ронная эмиссия - сочетание действия темп-ры Т3000- 5000 К и полевой эмиссии ( Е10⁷ В/см). Катодные пятна всегда образуются в вакуумных дугах с металлич. электродами, используемых в вакуумных переключателях. В дугах высокого давления ( р10 атм) в Hg, Xe подавляющая часть джоулева тепла уносится излучением, что используется для изготовления дуговых ламп (см. Источники оптического излучения). В ряде приборов применяется низковольтная дуга низкого давления (p~ 1 тор, V10-20 В, i~ 1 А) с искусственно накаливаемым катодом.

Рис. 7. ВАХ угольной дуги в воздухе; d- расстояние между электродами.

Высокочастотные разряды бывают двух типов: индукционные (ВЧИ) и ёмкостные (ВЧЕ). Безэлектродный ВЧИ-разряд обычно зажигают внутри диэлектрич. трубки, вставленной в катушку (достаточно и неск. витков), по к-рой пропускается ВЧ-ток (рис. 8, а). В этом случае перем. продольное магн. поле индуцирует в разрядной плазме кольцевые замкнутые поле Е и токи. ВЧИ-разряды чаще зажигают при р1 атм. Плазма ВЧИ-разряда равновесна, подобно плазме столба дуги, Т8000- 11 000 К. В устройствах небольшой мощности (~ 1 кВт) тепло отводится за счёт теплопроводности к охлаждаемым стенкам; в мощных устройствах (~ 10-10³ кВт) по трубке продувают газ со скоростью и~1 м/с. Поток отжимает плазму от стенок и выносит тепло с плазменной струёй. Режим горения оптимален при таких темп-ре Т, проводимости s(T) и радиусе плазменного столба R, что толщина скин-слоя d = с/., на к-рый ВЧ-поле проникает в проводник, меньше, но сравнима с R~ 1-2 см.

Рис. 8. Способы возбуждения ВЧ-разрядов: а- индукцион ный; б-ёмкостный; в -ёмкостный безэлектродный (изо ляторы заштрихованы).

ВЧЕ-разряд при низких и ср. давлениях (p~10^-1 - 10² тор) обычно зажигают, подавая ВЧ-напряжение на плоские электроды. Электроды могут быть и оголёнными, и изолированными от плазмы диэлектрич. пластинами (рис. 8, б, в). Весь разрядный объём в плоском промежутке заполнен малоподвижными ионами. На их фоне электроны совершают дрейфовые колебания, так что граница плазмы, где п _е = п ₊ , также перемещается, поочерёдно касаясь одной из твёрдых поверхностей. При этом обнажается ионный слой положит. пространственного заряда около противоположной поверхности. Нехватка электронов в промежутке, отчего и получаются приэлектродные слои, возникает из-за того, что находившиеся вблизи поверхностей электроны в самом начале либо уходят в металл, либо прилипают к изолирующим электроды пластинам.

Существуют две формы горения ВЧЕ-разряда. В a-форме приэлектродные слои практически лишены проводимости и плазменный ток замыкается на электроды токами смещения. Этому режиму соответствуют небольшие плотности тока j~10 мА/см ² при p~20 тор. При достаточно сильном общем токе и плотности зарядов в плазме п10¹⁰ см ^-3 (g-форма горения разряда) происходит таун-сендовский пробой слоев и у обоих электродов образуются слои с ионным током и вторичной эмиссией (в т. ч. и с диэлектрика, откуда срываются прилипшие электроны), очень похожие на катодный слой тлеющего разряда. В этой форме разряда ток j~ 10² мА/см ², а толщина слоев (при средних давлениях) на порядок меньше, чем в a-режиме, и близка к d _н нормального тлеющего разряда. В этих слоях сочетаются ток проводимости и ток смещения. Когда ВЧ-напряжение подают на единств. электрод, возникает факельный разряд.

СВЧ-разряды зажигают в резонаторах, в диэлектрич. трубке, пересекающей волновод; в последнем случае обычно при р= 1 атм. Как и в ВЧИ-разряде, через трубку продувают газ. Разрядная плазма квазиравновесна, но темп-pa при мощностях ~1 кВт ~4000-6000 К. Она не поднимается выше, т. к. от сильнее ионизованной плазмы СВЧ-излучение отражается (см. также Оптические разряды).

Искровой разряд. Первой стадией этого разряда служит стримерный, а чаще лидерный пробой-прорастание тонкого плазменного канала от одного электрода к другому (см. Стримеры, Пробой газа). Потом канал превращается в искровой, способный пропустить сильный ток ("короткое замыкание"). Важнейшим элементом искрового пробоя является стример, к-рый зарождается от мощной электронной лавины, в простейшем случае - около самого анода. Электроны, сосредоточенные вблизи переднего фронта лавины, уходят в анод, оставляя положительно заряженный ионный след. Возбуждённые в лавине молекулы испускают фотоны, к-рые производят фотоионизацию. Фотоэлектроны дают начало вторичным электронным лавинам, к-рые втягиваются в ионный след, являющийся источником сильного поля. Смешиваясь с ионами первичной лавины, электроны вторичных образуют плазму, а во вторичные ионные следы втягиваются лавины следующего поколения и т. д. Процесс происходит непрерывно, и от анода прорастает плазменный канал - стример.

Лавинно-стримерный переход может произойти лишь при сильном внеш. поле Е₀, при к-ром поле пространственного заряда головки лавины достигает внешнего. Это случается, когда в лавине нарождается Nехр[a(E₀)d]~10⁸ электронов или a(E₀)d18-20 (условие Мика). Радиус стримерного канала r~10^-2-10^-1 см; плотность зарядов в нём n~3N/4pr³~10¹³-10¹⁴ см ^-3; ток стримера (нагнетание положит. заряда в канал и вершину) i_c~ 10^-3 - 1 А; скорость роста стримера u_c~10⁸ см/с. Новые порции газа ионизуются благодаря сильному собств. полю стримерной вершины, и в этом смысле процесс - самоподдерживающийся. Но внеш. поле (4,7 кВ/см в канале в атм. воздухе) всё равно необходимо, ибо энергию поставляет источник тока. В воздухе из-за прилипания стримерный канал теряет свою проводимость на расстоянии u_c/v_a~10 см от вершины. Поэтому перекрытие стримером воздушного промежутка с d20 см к пробою не приводит. В этих случаях действует лидерный механизм.

Лидер-плазменный канал, прорастающий со скоростью u _л~10 ^б см/с, но обладающий гораздо более высокой проводимостью благодаря повыш. темп-ре газа Т 5000 К, что исключает прилипание. Лидерный ток i _л ~ 1 А складывается из токов множества стримеров, зарождающихся у лидерной вершины. Этот суммарный ток достаточен, чтобы нагреть воздух до Т2500 К, когда прекращается прилипание. Схема лидерного процесса в многометровом воздушном промежутке между стержневым анодом и заземлённой плоскостью (что типично для экспериментов) показана на рис. 9. Лидерный канал, обладая высокой проводимостью, в значит. мере переносит потенциал анода к вершине, где поле очень сильное, как около острия.

Рис. 9. Лидер: 1- светящаяся головка (r~0,5 см); 2- канал (r~10^-2-10^-1. см); 3- стримерная зона; 4 - остатки стриме ров ("чехол").

Напряжение пробоя длинных промежутков (~ 10 м) достигает MB, но ср. поля в промежутке ( Е~1 кВ/см атм - 1 В/см тор) в десятки раз меньше, чем при таунсендов-ском пробое. Ионизация газа идёт только в областях сильного собств. поля лидерной и стримерных вершин. Когда лидер достигает заземлённого электрода, по его каналу, всё ещё находящемуся под высоким потенциалом, со скоростью ~10⁹ см/с проходит обратная волна снятия напряжения (возвратный удар). Благодаря сильнейшему полю на фронте волны ионизация в канале резко возрастает и он превращается в искровой с равновесной плазмой при Т _е Т20 000 К.

При постепенном подъёме напряжения на стержневом электроде искровому пробою предшествует коронный разряд, напряжение зажигания к-рого ниже, чем напряжение пробоя.

Применения. Газовые разряды применяют в газосветных приборах, в электронных диодах с газовым наполнением, тиратронах, ртутных выпрямителях (игнитронах), в качестве стабилизаторов напряжения в счётчиках Гейгера ядерных частиц, в антенных переключателях, озонаторах, маг-нитогидродинамических генераторах. Широко используются электродуговая сварка, электродуговые печи для плавки металлов, дуговые коммутаторы. Получили большое распространение генераторы плотной равновесной низкотемпературной плазмы с T~10⁴ К, p~1 атм - плазмотроны (дуговые, индукционные, СВЧ). В них продуванием холодного газа через соответствующий разряд получают плазменную струю. Тлеющий и ВЧЕ-разряды используют для создания активной среды в лазерах самой разл. мощности- от мВт до многих кВт, в плазмохимии. Эти и др. приложения, использование результатов исследований Э. р. в г. в технике высоких напряжений поставило физику газового разряда в ряд наук, к-рые служат фундаментом совр. техники.

Лит.: Грановский В. Л., Электрический ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Ховатсон А. М., Введение в теорию газового разряда, пер. с англ., М., 1980; Райзер Ю. П., Физика газового разряда, 2 изд., М., 1992. Ю. П. Райзер.