Исследование электрических разрядов и вакуумного насоса и изучение совместного влияния электрических разрядов и озона для очистки воды

Введение
   На данный момент основными методами очистки воды наибольшее широкое применение получили механическая обработка, хлорирование и озонирование. Сейчас интенсивно ведется исследования по влиянию электрических разрядов на вредные вещества находящиеся в воде. Применение механических методов очистки воды недостаточно чтобы удалить из воды большинство вредных организмов. Данные метод обеспечивает лишь удаление грубодисперсных частиц. Метод хлорирования имеет более лучшие результаты в этом плане. Хлор взаимодействую с молекулами, разрушает их и далее они удаляются фильтрованием. Недостатками данного метода является что хлор является токсичным для человеческого организма, также сам хлор может образовать хлорные кислоты в воде. 
   На данный момент перспективным методом очистки воды является озонирование. Озонирование – относительно безопасная технология обработки воды, чем хлорирование. Озоновые очистители воды больше всего подходят для тонкой очистки и обеззараживания воды в промышленных и коллективных масштабах. Также данный метод также применяется для обеззараживания воды в бассейнах. Метод озонирования получил широкое применение в Европе, в США начался переход к данному методу обработки, в России существуют крупные станции в разных городах.
   Сейчас проводятся эксперименты по применение двух методов обработки воды. Этими методами является озонирование и применение электрических разрядов. 
   Целью данной работы является исследование электрических разрядов и вакуумного насоса и изучение совместного влияния электрических разрядов и озона для очистки воды, а также возможность применения вакуумного насоса в данной установке.
   Задачи исследования:
   Изучить физику коронного и искрового разряда. 
1. ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ
1.1 основы вакуумной техники
   Вакуумная техника - техника получения, поддержания вакуума и проведения вакуумных измерений в вакуумных камерах технологического производственного и аналитического оборудования, а также в вакуумных системах ускорительной и термоядерной техники, имитаторах космического пространства. [1]
   Необходимость применения вакуума следует из требования протекающих процессов. Диапазон давлений создаваемая вакуумной камерой варьируется от атмосферного давления до 10-12 Па.  На данный момент вакуумная техника получила широкое применение во многих отраслях промышленности, таких как: машиностроение, в электронике, в медицине, химическая, оптическая, пищевой и легкой. Также вакуумная техника стала неотъемлемой частью в научных исследованиях. С помощью вакуумной техники в химии изучаются свойства чистых веществ, скорости протекания химических реакций, а в физике используется для исследования тепловых процессов и поверхностных явлений. 
   Для описания количественной характеристики вакуума служит абсолютное давление, единицей измерения который в системе СИ является 1 Па( Паскаль). Различают четыре степени вакуума: низкий, средний, высокий, сверхвысокий. Для их описания используется понятия давления в газах и средняя длина свободного пробега молекулы. 
   Под давлением в газах понимают средний импульс, передаваемый единице площади поверхности стенок сосуда молекулами газа, в единицу времени. Также предполагается, что молекулы упруго отражаются от стенок сосуда, а стенки сосуда намного тяжелее молекул газа. 
   Средняя длина свободного пробега – это такое расстояние, которое молекула пролетает, сталкиваясь в среднем с одной молекулой. Обозначим ее как – l. 
   
   Теперь можно описать и степени вакуума.
   Под низким вакуумом принимается, когда средняя длина свободного пробега намного меньше характерного линейного размера сосуда(l<>L). Такому вакууму соответствует диапазон давлений от 0,1 до 10-5 Па.
   Под сверхвысоким вакуумом принимается вакуум диапазон давлений, который менее 10-5 Па. Данный вакуум характерен тем, что не происходит изменения свойств поверхности.[2]
1.2 Общая характеристика методов получения вакуума
Когда говорят о вакууме с технической точки зрения, то речь идет об использовании вакуума в широком диапазоне давлений – от атмосферного 105 до 10-10 Па. Изменение давления на 15 порядков практически невозможно обеспечить при использовании лишь одного насоса, требуются комбинированные средства откачки, включающие в себя насосы различных типов и, следовательно, различные приборы для измерения давлений.
При большом различии в принципах действия и конструкциях, обусловленных многообразием требований к откачному оборудованию, во всех вакуумных насосах для откачки газа используют один из двух способов:
- перемещение газа за счет применения к нему механических сил в некотором месте вакуумной системы, откуда газ выталкивается;
- связывание газа путем сорбции, химических реакций или конденсации обычно в замкнутой вакуумной системе.  На Рис. 1 представлены области действия вакуумных насосов.
Насосы объемного типа применяются для откачки газа в диапазоне от 105 до 10-1 Па. В этих насосах откачка реализовывается за счет периодического изменения объема рабочей камеры. Для характеристики вакуумных насосов обычно применяют четыре основных параметра:
 - быстрота действия насоса SН;
 - предельное давление насоса pпр; 
- давление запуска вакуумного насоса pЗ;
 - наибольшее выпускное давление pвып.
Предельное давление насоса pпр – это минимальное давление, которое может обеспечить насос, работая без откачиваемого объекта. Быстрота действия насоса при приближении к предельному давлению стремится к нулю. Предельное давление большинства вакуумных насосов определяется газовыделением материалов, из которых изготовлен насос, перетеканием газов через зазоры и другими явлениями, возникающими в процессе откачки. Давление запуска вакуумного насоса pЗ – это максимальное давление во входном сечении насоса, при котором он может начать работу. Наибольшее выпускное давление pвып – максимальное давление в выходном сечении насоса, при котором он может осуществлять работу.
   1.3 Получение вакуума механическим способом.
   Для получения вакуума механическим способом применяются объемные вакуумные насосы и молекулярные вакуумные насосы. 
   Объемные вакуумные насосы основаны на периодическом изменении объема и рабочей среды. Данные насосы обеспечивают откачку газа путем перемещения газа от входного патрубка к выходному ее сжатия до давления большего, чем в выходном сечении и выталкивании газа из насоса. К объемным насосам относиться только механические насосы, так как откачка газа осуществляется лишь движением отдельных частей насоса.[3]
   Механические вакуумные насосы с масляным уплотнением относятся к насосам объемного типа. К механическим насосам относятся пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и плунжерные (золотниковые). На рис. 2 приведена схема пластинчато-роторного насоса. В цилиндрической камере насоса 1 вращается в направлении, указанном стрелкой, эксцентрично расположенный ротор 2, в прорези которого свободно вставлены пластины 3 с пружиной 4. При вращении ротора пластины скользят по внутренней поверхности цилиндра, и в камере насоса образуются две полости переменного объема: I (полость всасывания) и II (полость сжатия). Полость всасывания I при вращении ротора увеличивает свой объем, и в нее поступает газ из впускного патрубка 5, связанного с откачиваемым сосудом. Объем полости сжатия II, расположенный на выпускной стороне, уменьшается при вращении ротора, и в ней происходит сжатие газа. Эта полость соединена с клапаном 6. 
   Когда давление газа в полости II станет достаточным для открытия клапана, произойдет выхлоп. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью насоса – маслом, что обеспечивает малое протекание газа с выхода на вход. Одновременно масло является смазкой и позволяет частично охлаждать механизмы насоса. 
   Работа объемных вакуумных насосов, возможно, сопровождаться рядом нежелательных процессов: 
   - проникновением паров рабочих жидкостей (масел) из насоса в откачиваемый объем, 
   - загрязнением насоса откачиваемыми веществами с высоким давлением насыщенных паров, 
   - потерей рабочей жидкости через выхлопной патрубок, 
   - утечкой откачиваемого газа и т.д.
   Для одноступенчатых насосов давление газа во вредном пространстве равно атмосферному. Во время откачки наступает момент, когда прямой поток Qпр, обусловленный откачивающим действием насоса, становится равным обратному потоку Qобр. Это соответствует получению предельного давления. 
   Чтобы уменьшить предельное давления насоса необходимо уменьшать объем вредного пространства или давление газа в этом пространстве. Объем вредного пространства можно уменьшить путем улучшения конструкции насосов, а давление газа – путем применения нескольких ступеней откачки. Существуют двухступенчатые насосы, где первая ступень подключается к откачиваемому объему, а вторая ступень является выпускной.
1.4 Основное уравнение вакуумной техники
   В камеру поступает постоянный во времени поток газа Q – объемный расход газа, находящегося при определенном давлении. Поток имеет размерность Q  или [Вт]. Поступающий в камеру поток газа отводится по трубопроводу к насосу, где газ сжимается и выводится из насоса. Согласно теории обобщенной проводимости, вакуумную систему можно представить в виде электрической цепи, в которой роль напряжения играет перепад давления на концах трубопровода , возникающий из-за гидравлического сопротивления R последнего, а поток газа Q служит аналогом силы тока в электрической цепи. 
   Тогда  (1) 
   где – проводимость трубопровода, м3/с.
   Поскольку поток газа постоянен в любом сечении вакуумной системы, то его можно представить как объем газа S0 при давлении газа р0 поступающего в единицу времени из камеры в трубопровод, или как объем газа Sn при давлении на входе в насос рn , поступающего в единицу времени из трубопровода во входное сечение насоса: 
   (2) 
   Из уравнений (1) и (2) следует 
   
   Сократив величину Q, получим 
         (3) 
   Данное выражение представляет собой основное уравнение вакуумной техники, которое объединяет между собой основные характеристики элементов вакуумной системы: скорость откачки объекта, быстроту действия вакуумного насоса и проводимость канала, соединяющего объект с насосом. Из уравнения (3) выходит, что в большинстве практических ситуаций скорость откачки объекта S0 меньше по величине быстроты действия насоса Sn и проводимости трубопровода. Лишь тогда, когда (трубопровод отсутствует), S0=Sn. Если проводимость трубопровода мала ,  т. е. скорость откачки объекта практически не зависит от быстроты действия насоса и определена лишь проводимостью трубопровода. [6]
   Из-за того, что стоимость вакуумного насоса обычно значительно превосходит стоимость трубопровода, который соединяет насос с объектом, то нужно стремиться увеличить скорость откачки объекта S0 не за счет увеличения Sn , а путем увеличения U. Насколько успешно это удается, показывает коэффициент использования насоса, представляющий отношение: 
      (4) 
   

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА В ЖИДКОСТИ
   2.1 основы газового разряда.
   На формирование газоразрядного канала в различных средах оказывают влияние свойства самих сред [7]. Сюда можно отнести электрофизические свойства, такие как диэлектрическая проницаемость и удельная электропроводность; физико-механические, охватывающие плотность, состав и структуру вещества; а также физико-химические, описывающие типы химических связей, потенциалы ионизаций и энергию связей.
   Сам процесс формирования разрядного канала подразделяется на три основных стадии, которые плавно следуют друг за другом:
   1. Предпробивная или инициирующая стадия, в ходе которой формируется плазменный канал, замыкающий промежуток. Стадия инициирования в большей степени определяет дальнейшее протекание процессов, а также потери энергии в рабочем промежутке. 
   2. Канальная стадия, в время которой увеличивается диаметр канала разряда за счет возрастания тока, увеличения давления, температуры и теплопроводности. 
   3. Завершающая стадия, когда электрические процессы в разрядном канале заканчиваются, и плазма канала вырождается.
   Существует два механизма пробоя:
   – лидерный пробой, возникающий при высоких напряжениях;
   – тепловой пробой, возникающий при низких напряжениях.
   Лидерный пробой иногда называют стримерным. Также пробои можно разделить на электрический и электротепловой, в зависимости от времени приложения напряжения.
   Электрическую форму пробоя можно использовать для непроводящих и слабопроводящих жидкостей. К основным характеристикам электрического пробоя можно отнести:
   – первоначально происходит фазовое превращение вещества, а затем происходит развитие ионизационных процессов;
   – электропроводность и электрическая прочность не изменяются при повышении температуры среды; – скорость развития канала разряда составляет 108 см/с;
   – имеет минимальные потери энергии в инициирующей стадии.
   К минусам электрического пробоя относится необходимость обеспечения высоких электрических градиентов в разрядном промежутке.
   Пробой может происходить в однородном и неоднородном поле – в зависимости от формы электродов [8].
   Однородное поле возникает между сферами и закругленными краями. В таком пробое предпробивная стадия занимает порядка 7–10 с. Напряженность для нормальных условий (p = 0,1 МПа, T = 20 °C) и расстояния между электродами 1 см будет равняться 32 кВ/см. Трудности для образования разряда возникают при малых расстояниях, так как электрическая прочность заметно увеличивается.
   Неоднородное поле существует между двумя остриями, между острием и плоскостью, а также может возникать между двумя сферическими поверхностями, если расстояние между ними превосходит радиус сферы. Данное поле имеет одну главную особенность: в местах, где напряженность поля достигает критических значений, происходит частичное образование коронного разряда, который затем переходит в дуговой и искровой разряд при увеличении напряжения. 
   Тепловой пробой реализуется при низких напряжениях. Он характеризуется нагревом и испарением воды у электродов, что приводит к образованию газового облака. Далее по данному облаку происходит пробой межэлектродного промежутка. Такой тип пробоя отличается от лидерного тем, что время между подачей напряжения и возникновением значительно выше и достигает порой нескольких миллисекунд, хотя рабочие промежутки имеют не очень большую длину. Гидростатическое давление оказывает влияние на величину задержки пробоя.
   На второй стадии начинает течь сильный разрядный ток, величина которого десятки и сотни килоампер. Этот ток разогревает плазму до температуры 104 K . Дальше температура плазмы меняется незначительно. Плотность плазмы в процессе разряда равна 1020 см-3, т. к. происходит компенсация уменьшающей плотности плазмы потоком частиц со стенок канала.
   На финальной стадии, которую называют послеразрядной, происходит превращение канала в газовый пузырь. Пузырь расширяется до тех пор, пока кинетическая энергия не перейдет полностью в потенциальную энергию пузыря, давление в котором меньше гидростатического. Под действием этого давления происходит движение жидкости вспять, и потенциальная энергия снова переходит в кинетическую, но уже сходящегося потока, давление в котором резко возрастает при захлопывании полости. Этот процесс повторяется несколько раз, и он очень похож на последовательные затухающие пульсации, период которых зависит от выделяющейся в канале энергии.
   Из всех вышеперечисленных теоретических сведений можно заключить следующее:
   – для возбуждения поля следует использовать неоднородное поле системы «острие–плоскость», для которого требуется обеспечить минимальную напряженность в 36 кВ/см;
   – при увеличении канальной мощности увеличивается яркость свечения канала плазмы;
   – медленное возникновение разряда будет происходить при маломощном источнике питания;
   – увеличение электропроводности разряда приводит к сокращению
   длительности разряда.
   2.2 Типы электрических разрядов.
   Искровой разряд появляется при давлениях порядка  атмосферного и выше в не слишком коротких промежутках порядка 1 см и более, когда к электродам прикладывается напряжение выше пробивного. Для пробоя промежутков необходимо  значительные напряжения, исчисляемые десятками и сотнями киловольт.  Разряд протекает быстро, нестационарным образом и в общем представляет собою именно то явление, о котором в обиходе говорят: «проскакивает  искра». Грандиозной формой искрового разряда является молния, длина  которой может составлять несколько километров. Молния пробивает  промежуток между заряженным облаком и землей или между двумя облаками. По внешнему виду искровой разряд в лабораторных условиях — та же молния, только в миниатюре. По достижении пробивного напряжения промежуток между электродами «молниеносно» прорезывает тонкий, иногда  зигзагообразный, иногда разветвленный светящийся канал, который тут же гаснет. Искра сопровождается характерным треском, как молния — раскатами  грома. Звук вызывается ударной волной.[7] Источником ее служит резкое  повышение давления от интенсивного выделения джоулева тепла в искровом  канале при прохождении сильного разрядного тока. Многим, вероятно, приходилось видеть на фотографиях и в кино, как проскакивает искра между огромными металлическими шарами,  укрепленными на изоляторах (кинематографисты любят это эффектное зрелище). Такие разрядники используют в технике высоких напряжений, в частности для измерения напряжения. Разряд происходит при определенном  минимальном напряжении, которое зависит от диаметра шаров, расстояния между ними и слегка — от атмосферных условий: давления, температуры, точнее,  плотности и влажности воздуха. Система эта отградуирована, и показатели для  измерений стандартизованы. Если между электродами стоит препятствие в виде не очень толстой диэлектрической пластины из стекла или картона, искра может проложить себе путь прямо через тело, пробив в нем  отверстие. Искровые разряды возникают и в однородном поле плоских промежутков, привязываясь к случайным местам электродов, и в сильно неоднородных полях: между острием и плоскостью, между тонкой проволокой и концентрическим цилиндром и т. д. В последних случаях искровому  разряду, если переходить ко все более высоким напряжениям, предшествует  коронный. 
   Искровой разряд — явление комплексное и очень сложное. Его первой стадией служит процесс стримерного либо лидерного пробоя, который  протекает гораздо более сложным путем, чем при низких давлениях, когда  зажигается темный или тлеющий разряд.[8] Потом, после формирования токопроводящего канала, что, кстати,  происходит поэтапно и тоже весьма «замысловатым» образом, осуществляется разряд в буквальном смысле слова. Конденсатор разряжается в результате переноса заряда сильным током по замкнувшейся в области разрядника цепи. 
   Существуют искровые разряды, скользящие вдоль диэлектрика (стекла, эбонита). Они образуются, когда один электрод, например стержневой,  опирается торцом на диэлектрическую пластину, а другим электродом служит металлическая обкладка на другой ее стороне. Разветвленные разрядные каналы в газе, прижимаясь к диэлектрику, разбегаются от стержня и  обтекают пластину вплоть до обкладки на другой стороне. На пластине остается ветвистый след, вызванный деформациями материала под действием  температуры и давления в искровых каналах. След можно визуализировать; эти картины называются фигурами Лихтенберга. Характер узора зависит от  полярности стержня, а размеры — от значения напряжения, что используется для измерений и при исследовании грозовых разрядов.[9]
   Основы новой теории, призванной объяснить явление искрового пробоя базируется на представлении о прорастании между  электродами тонкого ионизованного канала — стримера (от английского «stream» — поток), который прокладывает себе путь по положительно заряженному  следу первой мощной лавины. В след втягиваются электроны множества  вторичных лавин. Лавины зарождаются вблизи следа от электронов, рожденных под действием фотонов, которые испускаются атомами, возбужденными при прохождении первой и вторичных лавин. В ходе последующих исследований было получено множество результатов, экспериментальных и теоретических, вскрыты детали, существенно изменившие некоторые из первоначальных представлений и оценок.
   В дециметровых и тем более в метровых воздушных промежутках с резко неоднородным полем, в разряде молнии пробой осуществляется путем прорастания от одного электрода к другому лидера — тоже канала, но живущего гораздо дольше стримерного. Как мы увидим ниже, стримерный канал в воздухе очень быстро распадается из-за прилипания электронов к молекулам кислорода. Лидерный процесс является более сложным и  масштабным, чем стримерный: стримеры (в большом количестве) он включает в себя в качестве составного элемента. От головки прорастающего лидерного канала тонкие стримеры веером расходятся вперед. Лидерным процессом мы займемся после того, как рассмотрим стримерный. Последним дело иногда и ограничивается в коротких промежутках с более или менее однородным полем, в атмосферном воздухе при d < 1 см.
   Коронный разряд возникает при несколько меньших напряжениях  между электродами, чем искровой. Если напряжение нарастает не слишком быстро, он всегда предшествует искровому, если — очень быстро, то  искровой пробой наступает, минуя коронную стадию. Если напряжение достигает лишь уровня, промежуточного между порогом зажигания короны и порогом пробоя, осуществляется чисто коронный разряд.[11]
   Корона — слаботочный слабосветящийся разряд появляется в окрестности острия, проволоки, где поле резко усилено. Только в этой зоне происходит ионизация и газ светится. Электрический ток замыкается потоком зарядов того или иного знака (в зависимости от полярности острия), которые  рождаются в самоподдерживающейся зоне вблизи острия и вытягиваются уже  относительно слабым полем к другому электроду.[13] Во внешней области  свечения нет. Корона обычно возникает при давлениях порядка атмосферного, в воздухе около проводов высоковольтных линий, в поле грозового облака — около громоотводов, башен, колоколен, мачт кораблей («огни святого Эльма»). Для зажигания короны требуется определенное, достаточно высокое напряжение, которое зависит от конкретных условий. При еще более  высоком напряжении пробивается остальная часть промежутка и между  электродами проскакивает искра. 
   Непременным условием возникновения коронного разряда  является резкая неоднородность поля. Около одного или обоих электродов поле должно быть значительно сильнее, чем в остальной части промежутка. Так обычно бывает, когда характерный размер электрода r гораздо меньше  межэлектродного расстояния d. Например, параллельные провода радиусом r в воздухе коронируют, если только d/r > 5,85. В противном случае при  повышении напряжения между проводами раньше проскакивает искра. [12]
   Бывает разряд с положительной и отрицательной короной. Они отличаются полюсом источника питания, к которому подсоединен коронирующий электрод. Отрицательный коронный разряд образуется при больших напряжениях, чем положительный. Дело в том, что ионизация газа при любой полярности электродов происходит в районе иглы, где, соответственно, большая напряженность поля, в связи с чем, при ионизации образуются ионы и электроны, но первые остаются вблизи иглы, а вторые нейтрализуются на аноде. Полученным объемным зарядом происходит изменение распределения потенциала, причем при положительной полярности на игле данный заряд ослабляет напряженность рядом с иглой, но усиливает его в неионизированной области. Фактически объемный заряд – это продолжение острия, что сокращает длину промежутка. Обратная ситуация происходит при отрицательной короне. Здесь объемный заряд играет роль экрана, который уменьшает напряженность у острия.
   Эффект срыва электронных лавин приводит к образованию лидеров, которые начинают прорастать в направлении центров ионизации, что делает процесс похожим на пробой газов при высоком давлении. Замыкание межэлектродного промежутка одним из лидеров приводит к завершению образования канала. Данный механизм позволяет обеспечить пробой в несколько сантиметров. Время же между включением напряжения и образованием канала не зависит от величины давления.
   Вид кистевой короны меняется в зависимости от электропроводности воды. 
   Увеличение электропроводности приводит к разветвлению лидеров на положительном острие, причем предельная длина их сильно сокращается, и корона при отрицательно коронирующем острие превращается в густую кисть прямых коротких лидеров. Это приводит к тому, что длительность разряда, незавершенного пробоя, сокращается.
   Изменения в структуре короны связаны с тем, что при увеличении концентрации электролита в воде возрастает число зародышей электронных лавин с малым потенциалом ионизации. В связи с этим происходит рост числа лидеров на отрицательном острие и увеличение разветвленности на положительном. Все эти особенности приводят к тому, что напряженность поля снижается на головках лидеров до пороговой величины и развитие лидеров прекращается намного раньше, чем в слабопроводящей воде. Из этого следует вывод, что при увеличении проводимости длина пробиваемого электрического промежутка увеличивается, а энергия, которая нужна для создания инициированной стадии, возрастает.
   Когда приложенное напряжение V меньше напряжения зажигания короны VK, в цепи можно зарегистрировать несамостоятельный ток порядка 10-14 А. Это вытягиваются ионы, появляющиеся под действием  космического излучения и естественной радиоактивности. В воздухе на уровне моря образуется примерно 10 пар ионов в 1 см3 в 1 с, стационарно присутствует около 103 ионов в 1 см3. Зажигание короны в лабораторных условиях проявляется не только в виде свечения у коронирующего электрода,  которое можно и не увидеть, но и в виде скачкообразного возрастания тока до значения порядка 10-6 А. Коронный разряд принадлежит к числу  самостоятельных, и условие его возникновения отражает физический механизм  воспроизводства электронов в той области усиленного поля, где происходит ионизация.[10] Механизм размножения электронов существенно зависит от  полярности коронирующего электрода. 
   Если он является катодом (такую корону называют отрицательной),  происходит размножение лавин. Вторичным процессом служит эмиссия с  катода, а возможно, и фотоионизация в объеме газа. Зажигание отрицательной короны в принципе не отличается от таунсендовского пробоя и зажигания темного таунсендовского разряда. 
   С учетом эффектов прилипания 
    (5)
   где — эффективный коэффициент вторичной эмиссии. Область  интегрирования в простирается от поверхности катода до той точки х1, где = а и прекращается размножение электронов. В газе без прилипания область интегрирования формально распространяется до самого анода, но,  вследствие чрезвычайно резкого уменьшения а(Е) при удалении от проволоки, от острия фактически — до близлежащей эффективной точки х,, где поле заметно снижается. В области размножения электроны также возбуждают молекулы. Вне ее в электроотрицательном газе электронов  практически нет, они, пройдя малое расстояние, превращаются в отрицательные ионы. В электроположительном газе поле все равно слишком слабое за  пределами зоны ионизации, электроны медленные, поэтому вне короны газ не светится. 
   Если острие, проволока являются анодом (положительная корона),  удаленный большой катод, около которого поле слабое, не принимает участия в размножении.[14] Воспроизведение электронов обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе в зоне острия. В отличие от ровного свечения  отрицательной короны в положительной иногда наблюдаются светящиеся нити,  разбегающиеся от острия. Полагают, что это стримеры. В качестве критерия  зажигания положительной короны можно принять условие возникновения  стримера, также обобщенное на случай неоднородного поля: 
    (6)
   Несмотря на возможное различие в 2—3 раза в коэффициентах  усиления, т. е. в значениях интегралов (5), (6), на критической  напряженности поля у электрода это отражается не сильно. Причина состоит в резкой зависимости — а от Е, вследствие чего даже небольшое изменение Е(х) сильно меняет интеграл. И действительно, опыт показывает, что в ряде газов, в частности в воздухе, напряжения зажигания VK положительной и отрицательной корон различаются мало (для отрицательной VK меньше:  видимо, потому что ln-1 < 20, > 10-8).[7]
   
   
Описание установки для очистки воды.
   


   Для очистки воды была выбрано устройство апвпавп.
   Устройство содержит реактор 1, выполненный из диэлектрика (фторопласт) и снабженный герметичной крышкой 2 с клапаном 3, входным патрубком 12, выходным патрубком 8 диаметрами 35 мм. Перед входным патрубком устанавливается фильтр 11 очистки воды от грубодисперсных частиц (более 20 мкм). Через входной патрубок 12 реактор заполняется обрабатываемой водой 9. На дне реактора под водой расположен искровой разрядник 10, 14, подключенный к первой ступени двухступенчатого генератора импульсных напряжений (ГИН) 18. Искровой разрядник представляет собой семь пар электродов, из них заземленные электроды выполнены полыми и расположены на электропроводящем основании 14, а противоположные электроды выполнены из диэлектрика 10 и соединены параллельно друг с другом. Через отверстия в полом электроде истекают пузырьки 13 газовоздушной смеси. Разрядник, генеирующий наносекундный коронный разряд 4, выполнен с пятью заостренными на концах электродами, которые закреплены с внутренней стороны на крышке реактора 2 и электрически подключены к выходу второй ступени ГИН. А функцию противоположных электродов выполняет электропроводящее основание 14. Подключение заостренных электродов производится через разделяющие элементы 5, образованные отрезками изолированных проводников, обеспечивающие электрическую развязку каналов разряда при их параллельном формировании.
   Искровые воздушные разрядники открытого типа 6, 7 размещены над поверхностью обрабатываемой воды в выходном патрубке и включены к ступеням ГИН 18.
   На фиг.2 показана заземленная электропроводящая часть электродной системы искрового разрядника, контактирующего непосредственно с обрабатываемой жидкостью.

   Газовоздушная смесь, содержащая озон и другие химически активные частицы, из верхней части реактора совместно с кислородом воздуха воздушным компрессором 15 подается в полость электропроводящего основания 14, дополнительно выполняющего функцию ресивера, обеспечивающего равномерное истекание газовоздушной смеси межэлектродное пространство. С этой же целью в полых электродах (23, фиг.2) выполнены отверстия с калиброванным диаметром. Обработанная вода поступает через отстойник 16 и фильтр 17 для потребления. Зарядка ступеней ГИНа производится выходным напряжением высоковольтного источника напряжения 19, питаемого от аккумуляторной батареи 20 и/или от преобразователя 21 сетевого напряжения.
   Принцип работы устройства
Загрязненная вода очищается от твердых примесей, дисперсностью свыше 20 мкм, фильтром 11, установленным перед входным патрубком 12, и заполняет реактор 1. При подключении ГИН 18 к питающей сети переменного тока с напряжением 220/380 В и частотой 50 Гц в преобразователе 21 происходит понижение и выпрямление напряжения до 12 В, используемого для питания источника высокого напряжения (ИВН) 19 и/или зарядки аккумуляторной батареи (АКБ) 20. При отсутствии сети переменного тока ИВН 19 питается непосредственно от АКБ 20. Высокое напряжение поступает на зарядку накопительных конденсаторов ГИН 18 (на фиг.1 не изображены). После uc2
включения искровых воздушных разрядников ГИН 6, 7, работающих в режиме неуправляемого пробоя, высоковольтное импульсное напряжение с первой ступени ГИН 18 подается на искровой разрядник 10, 14, погруженный в воду 9. При барботировании газовоздушной смеси компрессором 15 в межэлектродное пространство всех искровых разрядников, пространственно распределенных в толще воды, через отверстия с калиброванными диаметрами в полом электроде (23, фиг.2), находящемся на дне реактора 1, истекающими пузырьками смеси 13 инициируется импульсный искровой разряд, генерируемые факторы которого вздействуют на объем воды, непосредственно прилегающий к зоне импульсного искрового разряда в воде. В каждом разряде инициируется пробой лишь одной пары электродов искрового разрядника 10, 14, находящегося в непосредственном контакте с обрабатываемой водой, при наличии в межэлектродном пространстве пузырька газовоздушной смеси 13 одновременно с приложением высоковольтного импульса. Вероятность обеспечения электрического пробоя в воде одной из пар электродов искрового разрядника 10, 14, соединенных параллельно, в моменты приложения к электродной паре высоковольтных импульсов напряжения существенно выше по сравнению с последовательным способом соединения электродных пар, поскольку отпадает необходимость ожидания совпадений событий, связанных с появления инициирующих газовых пузырьков в межэлектродном пространстве всех электродных пар и момента приложения к системе высоковольтного импульса напряжения. Это обстоятельство способствует снижению требований к повышенной частоте следования высоковольтных импульсов напряжения при сохранении заданной производительности устройства. Барботируемая газовоздушная смесь в межэлектродное пространство остальных электродных пар при отсутствии в них пробоя проникает в воду, способствуя интенсивному ее перемешиванию и окислению находящихся в ней примесей нарабатываемым в разрядах озоном и другими химически активными частицами. Над поверхностью воды, вытекающей из реактора 1, в выходном патрубке 8 установлены воздушные искровые разрядники открытого типа 6, 7, являющиеся разрядниками ступеней ГИН 18 и генерирующие в воздушной среде УФ-излучение. С проникновением УФ-излучения в толщу слоя перетекающей обрабатываемой воды и на границе ее раздела с воздухом производится дополнительное ее обеззараживание. Обработка воды высокоинтенсивными  факторами наносекундного коронного разряда приводит к разложению нефтепродуктов, фенола и его производных, находящихся в воде. Высокое напряжение наносекундного диапазона длительностей подается с выходной ступени ГИН 18 на электроды разрядника 4. Наносекундные коронные разряды генерируются синхронно с электрическими искровыми разрядами в толще воды 9 либо независимо от их инициирования и формирования. Для повышения производительности действия наносекундных коронных разрядов электроды разрядника 4, расположенные над поверхностью обрабатываемой воды 9, выполнены заостренными. Электрическое подключение каждого из заостренных электродов к выходу ГИН 18 для создания условий.......................