Physical mechanisms of negative corona current pulse with secondary oscillation

• Veröffentlicht in: Condensed Matter Physics
• Datum: 2002
• 1. Verfasser: Chyhin, V.I.
• Format: Artikel
• Sprache: Englisch
• Veröffentlicht: Інститут фізики конденсованих систем НАН України 2002
• Online Zugang: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120665
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Zitieren: Physical mechanisms of negative corona current pulse with secondary oscillation / V.I. Chyhin // Condensed Matter Physics. — 2002. — Т. 5, № 3(31). — С. 429-448. — Бібліогр.: 52 назв. — англ.

The detailed modelling of the negative corona current pulses including the
 secondary oscillation (SCO) has been realized, using the continuity differential
 equations for the fluxes of positive and negative ions and electrons,
 supplemented by the Poisson’s equation for an electrical field in a quasione-dimensional
 space, as the basis for the numerical computation. The
 analysis of the basic plasma functions behaviour applicable to the pulsing
 corona in Ar+O₂ and N₂+O₂ mixtures in the concentration region of
 O₂ from 2 · 10−3% to 0.04% has been carried out and the physical mechanisms
 of the secondary current oscillation have been grounded for the
 first time. Moreover, an effect of the photoprocesses on the parameters of
 the strikingly different pulses in Ar+O₂ and N₂+O₂ mixtures is estimated
 for the first time. It has been determined that the SCO is caused by the
 field intensity oscillation in the antiphase in the surface region and in the
 end of the sheath. The SCO pulse can transfer into the full modes of the
 Trichel’s pulse. Characteristics of the “precursor” and the “step” in the leading
 pulse front are determined by the dynamics of the volumetric charges
 in the sheath, whereas the SCO shape is determined by the variable flow
 of the positive ions to the cathode. In N₂+O₂ the ionization of O₂ molecules
 by the N₂∗emitted photons leads to the adequate current rise. Pulse trailing
 part duration and current value are operated by the O₂−
 ions collisions with
 the N₂∗ metastables. Such processes are slowed in Ar+O₂. Проведено детальне моделювання нерівноважних процесів у від’ємному коронному розряді, зокрема, імпульсів струму із вторинними осциляціями (ВОС) на основі числового розв’язання рівнянь неперервності для позитивних і негативних іонів та електронів, разом із рівнянням Пуассона для електричного поля в квазі-одномірному просторі. Проаналізовано поведінку основних функцій плазми пульсуючої корони у сумішах аргону з киснем та азоту з киснем в області концентрацій 2 * 10-3%-0.04%, що дало змогу вперше обгрунтувати фізичні механізми зародження і розвитку ВОС. Виявлено, що три типи ВОС можуть існувати у різних часових інтервалах імпульсу. Встановлено, що вони є результатом коливання в антифазі напруженості поля в приповерхневій області та в кінці прикатодної оболонки. Характеристики “прекусора” і “сходинки” на провідному фронті імпульсу визначаються динамікою об’ємних зарядів в оболонці, тоді як форма ВОС задається змінним потоком позитивних іонів на катод. Додатково, вперше оцінено впливи фотопроцесів на параметри різко відмінних імпульсів у досліджених сумішах газів. В N₂+0₂ іонізація молекул 0₂ фотонами, емітованими збудженими молекулами N₂ приводить до адекватного росту пікового струму. Тривалість і значення струму у хвостовій частині імпульсу задається зіткненнями іонів О₂- із метастабілями N₂. У суміші Аг+0₂ такі процеси є слабими.