Elektrilahendus

Elektrilahendus on laengukandjate suunatud liikumine läbi gaasikeskkonna, vedeliku või tahkise. Elektrilahendus tähendab tavaliselt gaaslahenduses toimuvaid protsesse, kuna need on kõige laiemalt levinud ja uuritud. Elektrilahendused gaasis on olulised oma laia rakendatavuse tõttu. Geigeri loenduri radioaktiivsuse mõõtja torus tekkiv gaaslahenduse vooluimpulss võimaldab mõõta ioniseeriva kiirguse olemasolu. Gaaslahendusel põhinevad valgustid leiavad meie ümber üha enam igapäevast kasutust. Äikeselöökide võimsad valgussähvatused tekitavad aukartust looduse ees ja pakuvad paljudele silmailu.

Sõltuv gaaslahendus

Tavatingimustes on gaasikeskkond isolaator. Nõrkades elektriväljades on gaasikeskkonna elektrijuhtivus määratud välise ionisaatori tekitatud elektronide ja ioonide kontsentratsiooniga. Väliseks ionisaatoriks võib olla ioniseeriv kiirgus, fotoefekti tõttu ainest väljunud elektronid või elektronkahuriga saadud elektronid. Alates teatud elektrivälja tugevusest omandavad elektronid energia, mis on piisav ionisatsiooniks ja tekib elektronlaviin ning gaasikeskkonna juhtivus kasvab. Kuna selliseks juhtivuse kasvuks on vaja välise allika tekitatud algelektrone, nimetatakse seda gaaslahenduse tüüpi sõltuvaks gaaslahenduseks (ingl k non self-sustained discharge).

Sekundaaremissioon

Piisavalt tugeva elektrivälja korral tekitab iga laviin teatud tõenäosusega elektronide sekundaaremissiooni. Sekundaaremissioon tekib elektronlaviini kiiratud valguse fotoefekti või positiivse iooni elektrilise tõmbejõu poolt katoodist väljunud elektronist. Kui see elektron saavutab elektriväljas piisavalt suure energia on ta teatud tõenäosusega võimeline põhjustama uute sekundaarelektronide emissiooni. Emissiooni tulemusel tekib laviinide seeria mida nimetatakse Townsendi lahenduseks.

Pascheni seadus

Pascheni seadus näitab, kuidas sõltub gaasi läbilöögipinge U rõhust p ja elektroodide vahekaugusest d. Pascheni seadus on nime saanud Friedrich Pascheni järgi, kes avaldas selle oma töös 1889. aastal.
Paschen uuris elektrilise läbilöögi pingeid gaasikeskonnas paiknevate paralleelsete plaatide vahel sõltuvana rõhust ja plaatidevahelisest kaugusest. Rõhku langetades leidis ta, et elektrikaare tekitamiseks vajalik plaatidele rakendatav pinge väheneb kuni teatava rõhuni. Edasisel rõhu langetamisel suureneb lahenduse tekkeks vajaminev pinge järk-järgult üle oma esialgse väärtuse. Samuti leidis Paschen oma eksperimentides, et normaalrõhu korral langes lahenduse süttimise pinge plaatide vahekauguse vähendamisel, seda kuni teatava plaatidevahelise kauguseni millest edasi plaatide lähendamine toob kaasa vajaliku pinge kasvu üle esialgselt rakendatud pinge väärtuse.

Striimerid

Striimer kujutab endas gaaslahendusvahemikus ühelt elektroodilt teisele liikuvat plasmakerakest, mille liikumisest jääb gaasi nõrgalt elektrit juhtiv kanal. Homogeenses elektriväljas tekib striimer siis, kui laengukandjate arv elektronlaviinis on suurusjärgus 10⁸. Striimerid tekivad tavaliselt kõrgetel rõhkudel, madalamatel rõhkudel (ca 100 Pa) tekib Townsendi läbilöök.
Selliste laviinide korral hakkab positiivsete ioonide tekitatud ruumlaeng omama juba sama suurt mõju kui väline elektriväli.

Striimeri tekkemehhanism

Kui laengukandjate arv anoodi lähedal laviinis saavutab väärtuse 10⁸, siis on võimalik katoodi suunas leviva striimeri teke. Sekundaarsed laviinid tekivad sel puhul algse laviini emiteeritavate ja fotoionisatsiooni põhjustavate footonite poolt. Sekundaarlaviinid liiguvad esmase laviini tekitatud positiivse ruumlaengu suunas. Sõltuvalt ruumlaengu suurusest ja välisest elektriväljast tekib sekundaarlaviini ja esmase laviini ioonidest kvaasineutraalne plasma (ingl k quasineutral plasma). Kvaasineutraalses plasmas on positiivseid ja negatiivseid laenguid ühepalju ja summaarne laeng on võrdne nulliga. Aatomite ergastamise tõttu plasmas tekib pidevalt footoneid ning sekundaarlaviine ja striimeri protsess on ennast alalhoidev, kuni püsib väline elektriväli. Striimeri stabiilseks levikuks peab välise elektrivälja tugevus ületama teatud väärtuse, mis on õhus 4–5,5 kV/cm.

Striimerid ja välk

Äikese ajal tekivad striimered maa pinnal asuvatelt kõrgetelt ja teravatelt objektidelt, mis koguvad pilve laengule vastasmärgilise laengu ja kuhu tekib tugeva elektriväljaga piirkondi. Maapinnalt arenev striimer kohtub pilvest maa poole liikuva põhikanaliga ja nende kohtumisel tekib meile tuttav välk. Maa pealt algab tavaliselt hulgaliselt striimereid aga välk tekib tavaliselt ainult mõne üksikuga neist (alati ei pruugi tekkida ainult üks peakanal vaid tekkida võib väga palju erinevad kanaleid, mille kaudu välk lööb). Pärast välgu lööki maa ja pilve vaheline elektriväli tavaliselt nõrgeneb ja tekkinud striimerid hajuvad, kuni tekib uuesti piisavalt tugeva elektriväljaga piirkondi looduslikel või tehislikel objektidel, kust arenevad järjekordsed striimerid.