Wyładowania koronowe

 

Korona dodatnia rozkłada się jednorodnie na całej długości przewodnika. Może być obserwowana jako niebieska lub biała poświata, a większość wytwarzanego promieniowania znajduje się w zakresie niewidocznego dla człowieka ultrafioletu. Równomierne rozłożenie plazmy wokół elektrody ulotowej wynika z jednorodności źródła wtórnych kaskad elektronowych. Przy takim samym napięciu oraz kształcie elektrod korona dodatnia jest mniej widoczna niż ujemna. Ilość wolnych elektronów jest znacznie mniejsza. Pojawiają się wyłącznie przy powierzchni przewodnika. 

Elektrony w koronie dodatniej koncentrują się blisko powierzchni elektrody ulotowej, w obszarze wysokiego gradientu potencjału, tak więc mają wysoką energię, podczas kiedy w koronie ujemnej wiele elektronów znajduje się dalej od elektrody ulotowej w obszarze wypełnionym znacznie słabszym polem. W reakcjach wymagających większych energii aktywacji wysokoenergetyczne elektrony z korony dodatniej są bardziej użyteczne niż te z korony ujemnej. Elektronów w koronie ujemnej jest więcej, ale udział cząstek o wyższej energii jest mniejszy. Wytwarzanie ozonu wymaga na tyle niskich energii, że korona ujemna okazuje się znacznie bardziej wydajna w jego produkcji. W tym zastosowaniu liczy się bardziej liczb elektronów niż ich energia. 

Poza plazmą otaczającą elektrodę ulotową występuje przepływ niskoenergetycznych jonów. W przypadku korony dodatniej podążają one od elektrody zbiorczej do ulotowej. Przy odwrotnej polaryzacji poruszają się w kierunku przeciwnym. 

Rozwój korony dodatniej rozpoczyna się od przypadkowej jonizacji atomów gazu przez czynniki zewnętrzne takie jak zderzenia atomów z cząstkami promieniowania kosmicznego lub przez pochłanianie fotonów. Elektrody są przyciągane do elektrody ulotowej, a jony dodatnie odpychane. Niesprężyste zderzenia w pobliżu elektrody prowadzą do dalszej jonizacji wytwarzając kaskady elektronów. 

W koronie dodatniej elektrody wtórne niezbędne do kolejnych reakcji są wytwarzanie głównie w płynie w obszarze poza plazmą. Ich źródłem są ultrafioletowe fotony wytwarzane przez plazmę przez elektrony wracające do niższych stanów energetycznych. Nowe elektrody są przyciągane do obszaru plazmy wokół elektrody ulotowej prowadząc wytwarzając kolejne kaskady naładowanych cząstek. 

Obszar korony dodatniej można podzielić na dwa regiony: 

• » Region wokół elektrody ulotowej zawierający wiele naładowanych elektronów oraz jonów, który ma właściwości plazmy.
• » Region położony dalej, w którym znajdują się ciężkie jony dodatnie przemieszczające się powoli do elektrody zbiorczej.

Korona ujemna jest bardzo niejednorodna. Źródłem złożonych kształtów korony są niewielkie nierówności na powierzchni elektrody ulotowej. W pobliżu ostrych krawędzi na elektrodzie w koronie pojawiają się charakterystyczne zgrubienia, których kształt określają parametry pola elektrycznego. Właściwości korony ujemnej wiążą się z powstawaniem elektronów wtórnych w kaskadach kolejnych zderzeń. Korona ujemna jest zwykle większa od dodatniej, bo elektrony w większej liczbie opuszczają bezpośrednie sąsiedztwo przewodnika. Całkowita liczba elektronów oraz ich gęstość jest większa niż w przypadku korony dodatniej, ale większość z nich ma niższą energię, bo znajdują się w obszarze o mniejszym gradiencie potencjału. 

Korony ujemne są bardziej złożone niż dodatnie. Cały proces rozpoczyna się od elektronu pierwotnego powstające na skutek oddziaływania na płyn promieniowania kosmicznego lub ultrafioletu. Elektron pierwotny poprzez kaskadę kolejnych zderzeń staje się źródłem lawiny cząstek rozchodzącej się od elektrody ulotowej. Głównym źródłem elektronów w koronie ujemnej jest efekt fotoelektryczny zachodzący na powierzchni elektrody ulotowej. Praca wyjścia, czyli energia potrzebna do uwolnienia elektronów na powierzchni elektrody, jest mniejsza niż energia konieczna dla jonizacji atomów płynu w warunkach normalnych. W przypadku korony ujemnej podobnie jak w dodatniej głównym źródłem elektronów są fotony powstające na skutek powrotu wzbudzonych atomów tworzących plazmę na niższe stany energetyczne. Na dodatek jonizacja gazu jest trudniejsza niż w koronie dodatniej, bo jony dodatnie przemieszczają się do elektrody ulotowej tworząc wokół niej ciasną otoczkę. Niekiedy zderzenia jonów dodatnich z elektrodą również prowadzą do powstawania nowych elektronów. 

Pierwsza różnica między korona dodatnią i ujemną tkwi w odmiennej naturze zjawisk odpowiedzialnych za powstawanie lawin elektronów wtórnych. W koronie dodatniej kaskady zderzeń dotyczą atomów płynu, a w ujemnej powierzchni elektrody ulotowej. 

Druga różnica dotyczy procesu powstawania jonów w neutralnym płynie. Elektrony opuszczające elektrodę ulotową są pochłaniane przez atomy płynu, np. przez cząsteczki tlenu lub pary wodnej. W ten sposób powstają jony ujemne, które podążają do elektrody zbiorczej. W ten sposób obwód zostaje zamknięty. 

Koronę ujemną można podzielić na trzy obszary coraz bardziej odległe od elektrody ulotowej: 

» 1. Obszar wewnętrzny zawiera wysokoenergetyczne elektrony, które niesprężyście zderzają się neutralnymi atomami, co prowadzi do lawinowego narastania liczby naładowanych cząstek. Plazma w obszarze wewnętrznym ma zdolność jonizacji.
» 2. Obszar pośredni, w którym elektrony łączą się z neutralnymi atomami powodując powstawanie jonów ujemnych, ale nie mają dość energii, aby powodować kaskady zderzeń. Plazma zawarta w obszarze pośrednim jest ośrodkiem, w którym mogą zachodzić reakcje typowe dla takich warunków, ale nie jest źródłem dalszej jonizacji.
» 3. Obszar zewnętrzny, w którym występują tylko jony ujemne wędrujące powoli do elektrody zbiorczej. Pole elektryczne jest w nim jednorodne i nie występują zjawiska jonizacji.