Streamer breakdown: cathode spot formation, Trichel pulses and cathode-sheath instabilities

Abstract

The review provides an up-to-date overview and discussion of phenomena related to positive streamer breakdowns in short uniform and non-uniform field (corona) gaps. The terminology used to specify different types of streamer phenomena is critically discussed in light of a unified theory of high-pressure gas discharges describing the sequence of ionization events from initial electron avalanches up to a partial or complete breakdown. The emphasis is given to the understanding of the formation of an active cathode spot by the streamer arrival to the cathode, which is the critical but still obscure phase of the breakdown development. Based on the analysis including a computer simulation model a hypothesis is advanced that also such widely studied and practically important gas discharge phenomena as negative corona Trichel pulses and fast ionization instabilities in cathode regions of high-pressure gas discharges are due to the formation of positive streamers in the immediate cathode vicinity. The proposed hypothesis offers attractive feature of the unification of a wide scale of high-pressure gas discharges within the general class of positive streamer initiated breakdown phenomena. Moreover, it provides indications for further study in the field both by experiment and computer simulations.

High-resolution electric field and temperature distributions in positive streamers

“…Another benefit of using the surfaces of the simulations is the suppression of the overlap in the measured FNS and SPS spectra, which can cause a small error in the determined ratio, especially if the higher rotational states are dominant. This effect can be seen in Figure 7, where even states with the rotational number J = 20 of SPS (2)(3)(4)(5) are beginning to influence the total intensity of FNS (0-0). More information and more detailed comparison regarding the use of peak values or integral values can be found in [25] together with a discussion regarding the adjustment of Eq.…”

“…Within this work, we use the intensity ratio of the FNS (0-0) and SPS (2-5) to determine the electric field in synthetic air and pure nitrogen at 33 mbar. A calibration curve for FNS (0-0)/ SPS (2)(3)(4)(5) in synthetic air at atmospheric pressure was determined experimentally by Paris [26] and has the following form:…”

“…Since streamers can be a precursor to short-circuits, a streamer-initiated breakdown [2], they are undesirable in high voltage engineering and therefore something to actively avoid [3]. However, the non-equilibrium nature of streamers and their strong local electric fields make them of interest in various gas treatment applications [4].…”

Влияние Скорости Волны Ионизации На Напряжение В Линии При Развитии Импульсного Пробоя

“…Волну ионизации можно рассматривать как границу между газом, предионизованным пучком электронов, и плазменным каналом. Накопленный на данный момент объем экспериментальных данных [11][12][13][14] и результатов численного моделирования [15][16][17][18][19][20] по измерению скорости волны ионизации показывает, что скорость волны ионизации лежит в широком диапазоне и может достигать значений, сравнимых со скоростью света. Высокая скорость движения волны ионизации приводит к быстрому изменению геометрии межэлектродного промежутка (увеличению его емкости) и протеканию тока смещения, который может достигать значений, сравнимых с током зарядки передающей линии [21].…”

Воздействие Импульсного Тлеющего Разряда Атмосферного Давления На Алюминиевые Пленки Нанометровой Толщины

“…Этот результат получен в предположении, что характерный размер головки стримера R str в условиях пробоя коротких воздушных промежутков составляет 0.1−1 mm [7,8]. Исследованиям развития положительного стримера посвящено значительное число публикаций, но в большинстве случаев в них рассмотрены процессы формирования и развития разряда в объеме разрядного промежутка [9]. Между тем взаимодействию стримера с поверхностью катода посвящено довольно ограниченное число работ.…”