Teoria del flusso della rottura elettrica dei gas

La stessa parola "flusso" è tradotta come "flusso". Di conseguenza, uno «streamer» è un insieme di sottili canali ramificati attraverso i quali gli elettroni e gli atomi di gas ionizzati si muovono in una sorta di flusso. Infatti, lo streamer è un precursore di una scarica ad effetto corona o scintilla in condizioni di pressione del gas relativamente alta e distanza tra gli elettrodi relativamente grande.

I canali luminosi ramificati dello streamer si allungano e alla fine si sovrappongono, chiudono lo spazio tra gli elettrodi: si formano filamenti conduttivi continui (scintille) e canali di scintilla. La formazione di un canale di scintilla è accompagnata da un aumento della corrente al suo interno, un forte aumento della pressione e la comparsa di un'onda d'urto al confine del canale, che sentiamo come un crepitio di scintille (tuoni e fulmini in miniatura).

La testa dello streamer, situata nella parte anteriore del filo del canale, si illumina di più. A seconda della natura del mezzo gassoso tra gli elettrodi, la direzione di movimento della testa dello streamer può essere una delle due cose, distinguendo così gli streamer anodici e catodici.

In generale, uno streamer è uno stadio di distruzione che si trova tra una scintilla e una valanga. Se la distanza tra gli elettrodi è piccola e la pressione del mezzo gassoso tra di loro è bassa, lo stadio a valanga aggira lo streamer e va direttamente allo stadio a scintilla.

A differenza della valanga di elettroni, lo streamer è caratterizzato da un'elevata velocità (circa lo 0,3% della velocità della luce) di propagazione della testa dello streamer all'anodo o al catodo, che è molte volte superiore alla velocità di deriva dell'elettrone semplicemente in un campo elettrico esterno.

Alla pressione atmosferica e ad una distanza di 1 cm tra gli elettrodi, la velocità di propagazione della testa dello streamer catodico è 100 volte superiore alla velocità di una valanga di elettroni. Per questo motivo, lo streamer è considerato come una fase separata della scomposizione preliminare di una scarica elettrica in un gas.

Heinz Ratner, sperimentando nel 1962 con una macchina fotografica Wilson, osservò la transizione di una valanga in uno streamer. Leonard Loeb e John Meek (così come Raettner indipendentemente) hanno proposto un modello di streamer che spiega perché la scarica autosufficiente si forma a una velocità così elevata.

Il fatto è che due fattori portano a un'elevata velocità di movimento della testa dello streamer. Il primo fattore è che il gas davanti alla testa è eccitato dalla radiazione risonante, che porta alla comparsa del cosiddetto. Elettroni liberi nei semi durante la reazione di ionizzazione associativa.

Gli elettroni seme si formano lungo il canale in modo più efficiente rispetto a quanto avverrebbe nella fotoionizzazione diretta.Il secondo fattore è che l'intensità del campo elettrico della carica spaziale vicino alla testa dello streamer supera l'intensità media del campo elettrico nell'intervallo, ottenendo così un'elevata velocità di ionizzazione durante la propagazione del fronte dello streamer.

La figura sopra mostra un diagramma della formazione di uno streamer catodico. Quando la testa della valanga di elettroni ha raggiunto l'anodo, dietro di essa c'era ancora una coda nello spazio interelettrodico sotto forma di una nuvola di ioni. Qui, a causa della fotoionizzazione del gas, compaiono valanghe figlie, che si attaccano a questa nuvola di ioni positivi. La carica diventa sempre più densa e in questo modo si ottiene un flusso autopropagante di carica positiva, lo streamer stesso.

Teoricamente, a questo punto nello spazio tra gli elettrodi, dove la valanga si trasforma in uno streamer, ad un certo momento c'è un punto in cui il campo elettrico totale (il campo elettrico creato dagli elettrodi e il campo di carica spaziale della testa dello streamer ) scompare. Si presume che questo punto si trovi lungo l'asse della valanga. Fondamentalmente, il fronte dello streamer è un'onda di ionizzazione non lineare, un'onda di carica spaziale che sorge nello spazio libero come un'onda di combustione.

Per la formazione del fronte dello streamer catodico, è essenziale l'emissione di radiazione al di fuori dei confini dell'intercapedine tra gli elettrodi.Nel momento in cui l'intensità del campo elettrico nella testa dello streamer raggiunge un valore critico, che corrisponde all'inizio della dispersione di elettroni, l'equilibrio locale tra il campo elettrico e la distribuzione della velocità dell'elettrone viene disturbato, il che in generale complica notevolmente il modello dello streamer di guasto elettrico del gas.