Несамостійний і самостійний розряди у газах. Плазма, її використання

Гази в природному стані — діелектрики, оскільки вони складаються з електрично нейтральних атомів або молекул. Газ може стати про­відником або при значному підвищенні температури, або внаслідок дії на нього ультрафіолетового, рентгенівського або гамма-випромінювань. Все це — зовнішні іонізатори, які перетворюють частину молекул газу на позитивні іони, відщеплюючи від молекул електрони. Електричний струм у газі називають газовим розрядом.

Залежність струму в газі від напруги між введеними в посудину з газом електродами називають вольт-ампєрною характеристикою га­зового розряду. Ділянка ОА відповідає все більш повному відведенню до електродів заряджених частинок, що утворилась зовнішньою дією. Ділянка АВ відповідає струму насичення: всі утворювані за одиницю часу електрони та іони відразу відводяться до електродів. Ділянка ВС відображує приєднання до зовнішнього іонізатора внутрішнього: при­скорююча напруга настільки велика, що одержаної електронами енергії достатньо для ударної іонізації ними молекул газу; йде лавиноподібне збільшення числа електронів та іонів. Таким чином, на ділянці ВС відбу­вається іонізація молекул не тільки зовнішнім впливом, але і самостійна іонізація. При U < Uc іони не беруть участі в ударній іонізації, бо їх малий пробіг не дозволяє їм накопичити необ­хідну для іонізації енергію. Хоча сили струмів в інтервалі між ІА Bі Ic, і ве­ликі, усунення зовнішнього іонізатора призводить до зникнення розряду; отже, він був несамостійним (незважаючи на наявність самостійної іонізації).

Несамостійним називається розряд, який відбувається тільки в присутності зовнішнього іонізатора.
Розряд стає самостійним при подальшому посиленні електричного поля, прискорюючого електрони та іони. У досить сильних полях позитивні іони: а) вибивають електрони з катода; б) іонізують молекули газу при зіткненні з ними. Виникнення самостійного розряду призво­дить до спаду напруги між електродами в газі (через істотне зменшення опору газового проміжку), ділянка CD.

В залежності від тиску газу, форми електродів та прикладеної на­пруги можуть виникати самостійні розряди різних типів: тліючий, дуговий, коронний, іскровий.

Значно іонізований газ називається плазмою. Розрізняють газорозрядну плазму (про неї уже говорилось) і високотемпературну плазму, дуже поши­рену у Всесвіті (зірки, туманності, міжзоряний газ). Вона утворюється вна­слідок співударяння нейтральних атомів або молекул газу, які мають дос­татньо великі швидкості (тобто в газі при дуже високих температурах).

Приклади використання плазми: індикаторні лампи, світлові рекла­ми, електрозварювання, очистка газоподібних відходів виробництва від твердих включень. Інтерес до високотемпературної плазми спочатку був тільки теоретичним, як до об'єкта далекого космічного оточення Землі, однак у зв'язку з проблемою здійснення керованих термоядерних ре­акцій це, питання набуває практичного характеру.