КОНТРАГИ́РОВАННЫЙ РАЗРЯ́Д

КОНТРАГИ́РОВАННЫЙ РАЗРЯ́Д (от лат. contraho – сжи­мать), элек­трич. раз­ряд в га­зе, при ко­то­ром диа­метр стол­ба раз­ря­да зна­чи­тель­но мень­ше диа­мет­ра раз­ряд­ной труб­ки, раз­ряд­ный ток сжат к цен­тру. К. р. воз­ни­ка­ет при пре­вы­ше­нии не­ко­то­ро­го кри­тич. зна­че­ния дав­ле­ния га­за или раз­ряд­но­го то­ка. В этих слу­ча­ях раз­ряд с от­но­си­тель­но од­но­род­ным рас­пре­де­ле­ни­ем плот­но­сти то­ка и ин­тен­сив­но­сти све­че­ния по се­че­нию раз­ряд­ной ка­ме­ры пе­ре­хо­дит в раз­ряд с рез­ко умень­шен­ным по­пе­реч­ным раз­ме­ром об­лас­ти, за­пол­нен­ной раз­ряд­ным то­ком, в неск. раз воз­рас­та­ет объ­ём­ная плот­ность энер­го­вы­де­ле­ния, уве­ли­чи­ва­ет­ся ин­тен­сив­ность све­че­ния, из­ме­ня­ет­ся его спек­траль­ный со­став – про­ис­хо­дит кон­трак­ция га­зо­во­го раз­ря­да. Это яв­ле­ние, ха­рак­тер­ное для всех ти­пов раз­ря­дов, ог­ра­ни­чи­ва­ет воз­мож­ность прак­тич. ис­поль­зо­ва­ния га­зо­раз­ряд­ных уст­ройств об­ла­стью от­но­си­тель­но не­вы­со­ких то­ков и дав­ле­ний.

Кон­трак­ция раз­ря­да про­ис­хо­дит при од­но­вре­мен­ном вы­пол­не­нии двух ус­ло­вий: 1) эф­фек­тив­ность об­ра­зо­ва­ния за­ря­жен­ных час­тиц рез­ко умень­ша­ет­ся от оси к стен­кам раз­ряд­ной труб­ки; 2) вре­мя объ­ём­ной ре­ком­би­на­ции (ней­тра­ли­за­ции) за­ря­жен­ных час­тиц зна­чи­тель­но мень­ше вре­ме­ни их диф­фу­зии к стен­ке раз­ряд­ной труб­ки. При вы­пол­не­нии этих ус­ло­вий ра­ди­ус $r_e$ об­лас­ти, за­пол­нен­ной то­ком, мно­го мень­ше ра­диу­са раз­ряд­ной труб­ки и оце­ни­ва­ет­ся как $r_e \sim \sqrt{D/\alpha \langle N \rangle}$. (Здесь $\langle N \rangle$ – сред­нее зна­че­ние плот­но­сти за­ря­жен­ных час­тиц; $α$ – ко­эф. объ­ём­ной ре­ком­би­на­ции; $D$ – ко­эф. диф­фу­зии.) Кон­трак­ция раз­ря­да про­ис­хо­дит вслед­ст­вие воз­ник­но­ве­ния ра­ди­аль­ной не­од­но­род­но­сти ско­ро­сти об­ра­зо­ва­ния за­ря­жен­ных час­тиц и их объ­ём­ной ре­ком­би­на­ции.

Ра­ди­аль­ная не­од­но­род­ность ско­ро­сти об­ра­зо­ва­ния за­ря­жен­ных час­тиц в га­зо­вом раз­ря­де свя­за­на с тер­мич. не­од­но­род­но­стью раз­ряд­но­го стол­ба. Вслед­ст­вие оми­че­ско­го на­гре­ва га­за раз­ряд­ным то­ком темп-ра на оси раз­ряд­ной труб­ки боль­ше, чем на пе­ри­фе­рии. По­это­му час­то­та ио­ни­за­ции ней­траль­ных час­тиц га­за элек­трон­ным уда­ром так­же боль­ше на оси и рез­ко убы­ва­ет к стен­кам раз­ряд­ной труб­ки.

Рез­кая ра­ди­аль­ная за­ви­си­мость час­то­ты ио­ни­за­ции элек­трон­ным уда­ром оп­ре­де­ля­ет­ся и ви­дом функ­ции рас­пре­де­ле­ния элек­тро­нов по энер­ги­ям, за­ви­ся­щим от сте­пе­ни ио­ни­за­ции плаз­мы. При ма­лых сте­пе­нях ио­ни­за­ции вид этой функ­ции оп­ре­де­ля­ет­ся в осн. уп­ру­ги­ми со­уда­ре­ния­ми элек­тро­нов с ато­ма­ми. С рос­том сте­пе­ни ио­ни­за­ции рас­тёт чис­ло со­уда­ре­ний элек­тро­нов друг с дру­гом, что при­бли­жа­ет их спектр к мак­свел­лов­ско­му, ко­то­рый обо­га­щён вы­со­ко­энер­гич­ны­ми элек­тро­на­ми по срав­не­нию со спек­тром, со­от­вет­ст­вую­щим столк­но­ве­ни­ям элек­тро­нов толь­ко с ато­ма­ми. Это при­во­дит к воз­рас­таю­щей за­ви­си­мо­сти ско­ро­сти ио­ни­за­ции от сте­пе­ни ио­ни­за­ции га­за, что реа­ли­зу­ет­ся в раз­ря­дах инерт­но­го га­за.

Наи­бо­лее зна­чи­мый ме­ха­низм объ­ём­ной ней­тра­ли­за­ции за­ря­жен­ных час­тиц свя­зан с ре­ком­би­на­ци­ей мо­ле­ку­ляр­но­го ио­на и элек­тро­на. По­это­му кон­трак­ция раз­ря­да про­ис­хо­дит обыч­но, ко­гда пре­об­ла­да­ют мо­ле­ку­ляр­ные ио­ны. Для инерт­но­го га­за это вы­пол­ня­ет­ся при от­но­си­тель­но низ­ких темп-рах ($T$<500–800 К) и дав­ле­ни­ях $p$>10–20 гПа. В раз­ря­де мо­ле­ку­ляр­но­го га­за осн. часть энер­гии, по­лу­чае­мой элек­тро­на­ми от элек­трич. по­ля, идёт на воз­бу­ж­де­ние мо­ле­ку­ляр­ных ко­ле­ба­ний. Эта энер­гия пре­вра­ща­ет­ся в те­п­ло­ту в ре­зуль­та­те ко­ле­ба­тель­ной ре­лак­са­ции мо­ле­кул при столк­но­ве­ни­ях. Для кон­трак­ции раз­ря­да в мо­ле­ку­ляр­ном га­зе не­об­хо­ди­мо, что­бы вре­мя ко­ле­ба­тель­ной ре­лак­са­ции мо­ле­кул бы­ло мень­ше вре­ме­ни их диф­фу­зи­он­но­го ухо­да на стен­ку раз­ряд­ной труб­ки.

Кон­трак­ция раз­ря­да ог­ра­ни­чи­ва­ет вы­ход­ные ха­рак­те­ри­сти­ки га­зо­раз­ряд­ных ис­точ­ни­ков све­та, га­зо­вых ла­зе­ров, плаз­мо­хи­мич. и маг­ни­то­гид­ро­ди­на­мич. ус­та­но­вок и т. п. По­дав­ля­ют это яв­ле­ние с по­мо­щью кон­век­тив­ной про­кач­ки или тур­бу­ли­за­ции га­за, ко­то­рые пре­пят­ст­ву­ют об­ра­зо­ва­нию тем­пе­ра­тур­ной не­од­но­род­но­сти раз­ря­да.