предпробойные характеристики воздуха среднего давления

XXXVII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 8 – 12 февраля 2010 г.
ПРЕДПРОБОЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУХА СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ
Бычков В.Л., Волков С.А.
Физический факультет МГУ, Москва, Россия, bychvl@orc.ru
В работах посвященных предпробойным условиям на уровне облаков показано, что
пробойное напряжение воздуха составляет снижается с высотой. В тоже время причины
предпробойных явлений, их пороговый характер и их изменение с высотой в этих работах не
обсуждались. Кроме того, не было показано, как пробойное поле, хорошо известное на
уровне Земли, изменяется с высотой.
Целью настоящей работы являются: выяснение величины возможного пробойного поля на
высотах облаков, исходя из известных значений пробойного поля на уровне земли и
зависимостей давления и температуры воздуха с высотой. Проведен анализ эффективного
процесса ионизации на ранних стадиях развития электрического разряда в воздухе при
средних температурах и давлениях на высотах 0-12 км над поверхностью земли. В работе
рассмотрены процессы ионизации во внешнем электрическом поле с учетом внешних
фоновых электронов, прилипания и отлипания электронов от атомов и молекул кислорода,
перезарядки и конверсии отрицательных ионов. Учтены зависимости скоростей процессов от
давления. В частности учтены следующие процессы: e  O2  O2  2e e  N 2  N 2  2e , с
созданием ионов O2+ и N2+ и электронов (с частотой  i ); атмосферная фоновая ионизация
быстрыми электронами e : e  O2  O2  e  e ;
e  N 2  N 2  e  e ; диссоциативное

прилипание электронов к молекулам O2 : e  O2  O  O (с частотой  a ); процессы
отлипания
электронов
от
ионов
O :
O  M  e  O  M (с
частотой
 det1 ),
O  N 2  e  N 2O (с частотой  det 2 ); процесс отлипания электрона от молекулярного иона



O2 : O2  M  e  O2  M ; учитываются процессы преобразования ионов O , O2 и O3  :


O   O2  O2  O (с частотой  ch1 ), O   O2  O2  O3  O2 (с частотой  ch 2 ),
. Показано,
что
резкий
рост
ионизации
 i  ( det 1  det 2   ch 2   ch 1)  a ch 2  0
происходит
при
выполнении
условия
, выполнение этого условия при на данной высоте при
минимальном значении параметра E/N мы отождествляем с выполнением условия
ионизации. На Рис.1 представлены соответствующие
значения параметра E/N и
напряженности
электрического
поля в зависимости от высоты над
землей.
Рис.1. Изменение значения
пробойного поля с высотой над
землей.
Из
рисунка
видно,
что
пробойное электрическое поле
падает с высотой, а пробойное
значение
параметра
Е/N
изменяется незначительно.
1