Виявилось, що знаходження шару негативного заряду у безпосередній близькості до шару позитивних іонів в області генерування підсилює ВЧПС. Метастабільні атоми азоту підтримують розширений простір між цими шарами, що підтверджується переважною відсутністю ВЧПС у середній частині імпульсів струму в N₂+O₂ (Рис.2а). Суттєве зближення різнозарядних шарів відбувається на стадіях наростання струму, коли процес відлипання при ударах від'ємних іонів з метастабільними атомами є ще слабким. Відповідно пояснюється поява другого типу ВЧПС у кінці імпульсу у слабонегативному водні [Ц5] і в азоті [Ц6]. При високих концентраціях ЕВ домішки ВЧПС можуть виродитись і проявлятись у вигляді одного горба після піка імпульсу, ускладнюючи їх інтерпретацію [Ц4]. Особливою вимогою для існування чітких ВЧПС є підтримання осьової симетрії прикатодного простору. Обмеження в утворенні бокових катодних “плям” є можливим при використанні у ролі катода торця тонкої дротини. При певних умовах ВЧПС можуть переходити у позаімпульсні “моди” (третій тип, Рис.6в,г, Рис.7), а далі - у жевріючий розряд або пробиття простору.

Вплив фотопроцесів вперше враховано при числовому моделюванні росту пікової ділянки імпульсу струму у суміші газів N₂+O₂ при незначному рості концентрації кисню (Рис.2а). Виявилось, що без накопичення молекул кисню у прикатодній області розряду, утворених при ударах від'ємних іонів зі збудженими, зокрема, метастабільними молекулами азоту не вдається пояснити навіть якісно це явище - ріст іонізації молекул газу ударами електронів без цього є нехтуюче малим. Таким чином, підтверджено, що характер піка імпульсу струму негативної корони зумовлюється взаємодією хвилі іонізації з поверхнею при наближенні до катода, а стримерні, чисто об'ємні процеси є слабкими [Ц1]. У суміші Ar+O₂ такий вплив метастабільних атомів не спостерігається, оскільки інтенсивності збудження високоенергетичних станів аргону електронами є низькими через суттєві втрати енергії електронів на збудження низькоенергетичних станів аргону. Крім того, довжина основних ліній аргону 1065,6 і 1048,2 A^o при переходах 3¹S₀-3³P₁ і 3¹S₀-3¹P₁ лежить за межами області допустимих до іонізації молекул кисню 1025 А. Оцінку впливу е-відривання при зіткненнях іонів О₂^- зі збудженими метастабільними молекулами азоту на характер хвостової частини імпульсу струму в N₂ виконано вперше. В аргоні, де заселеність високоенергетичних збуджених станів є низькою, переважає процес прилипання, у зв'язку з чим крутизна спадання струму є вищою, струм - значно нижчим, ніж в азоті, а ВЧПС накладаються на весь імпульс струму (Рис.2б).

Допускалось, що імпульси Трічеля у чистих електрододатних газах є можливими: при зниженні концентрації ЕВ домішки зовнішній опір відіграє її роль (Sigmond-1993); струми негативної корони, при яких спостерігаються пульсації, є нижчими від струмів її запалення [Ц6]. Наші дослідження області існування пульсуючої корони при струмах вищих від струму її запалення показали, що при зниженні концентрації кисню в аргоні вона різко звужується: від 1300 - 2100 В при концентрації 0.04% до 1650 - 1750 В при залишковій концентрації 0.002%. Змодельовані при таких струмах і слідових значеннях концентрації кисню імпульси зливаються і розряд переходить у жевріючий або пробиття, зокрема, через ВЧПС (Рис.6а,в), затримуючись у часі при рості зовнішнього обмежуючого опору.

Параметри плазми пульсуючої негативної корони вперше обчислено, використовуючи отримані розподіли концентрацій зарядів і поля. Виявлено, що діапазон зміни дебаєвського радіуса екранування л_D є високим протягом існування імпульсу: за межами - порядку одиниць см, у момент піка ~ 5.89?10^-5 см. Далі л_D наростає до значення порядку 0.0006 см і зберігається майже постійним у межах існування імпульсу. Таким чином, друга умова існування плазми виконується тільки у час протікання піка імпульсу. У початкові моменти росту струму плазма знаходиться близько до середини області генерування (0.01см) і її ширина є порядку 0.001 см. При піку струму вона є біля поверхні катода (~ 0.0025 см), а її ширина ~ 0.003 см. Після проходження піка ширина плазми знову зменшується майже у 3 рази, а її середнє положення незначно “плаває” в околі 0.005 см. Залежність середньої енергії електронів у плазмі від часу перебуває у повній антифазі зі струмом. При дуже низьких струмах Т_е є порядку 15000 - 17000 ?К, при піку ~ 9000 - 16000 ?К. Майже синфазно з Т_е змінюється температура іонів у межах 750 ?К - 300 ?К. Отримані дані відносять плазму негативної корони до низькотемпературної нерівноважної.

У третьому розділі описано методику і результати досліджень характеристик струму негативної корони у повітрі при атмосферному тиску з обдуванням електропозитивними газами (аргоном та азотом) коронуючого електрода у напрямі до анода. Експериментальні установки включають прикатодні сопла із отворами 0.4 - 0.8 мм при віддалі емітер - анод 6 - 10 мм. Постійна напруга між емітером та анодом змінюється у межах 1400 -2000 В. Встановлено, що при рості швидкості аргону та азоту від 0 до 7 см/с струм корони у повітрі різко зростає від значень порядку 0.2 мкА до 4 мкА і від 0.03 мкА до 6 мкА, відповідно, сягаючи певного рівня насичення. Для дослідження процесу вловлення аерозолей електрофільтром із обдуванням коронуючих електродів електропозитивними газами розроблена і виготовлена експериментальна установка з можливістю вимірювати масу осаджених порошинок безпосередньо у розряді. Отримано ріст коефіцієнта вловлення дрібнодисперсного пороху цементу від 69 % до 94,7 % при рості витрати аргону від нуля до 5,4 мл/сек при обдуванні пяти коронуючих електродів, виготовлених у вигляді вістр із радіусом заокруглення торця порядку 40 мкм, віддалі катод - анод 1 см і прикладеній напрузі 1600 В.

Результати числових розрахунків усередненого струму негативної корони за методикою, описаною у розділі 2, при врахуванні ефекту Рамзауера - зниження перерізу розсіяння електронів на атомах аргону і молекулах азоту в області електронвольтних енергій, а також при представленні розряду двозонним з електропозитивним газом в околі вістря та електронегативним у дрейфовій області, підтверджують результати вимірювань. Доведена можливість створення умов суттєвого зниження екрануючого прикатодного заряду і вільнішого проходження електронів при низьких енергіях крізь приемітерний простір негативної корони в електронегативні гази. Запропонована схема електростатичного вловлення аерозолей має перевагу щодо незалежного керування двома процесами - емісією електронів та зарядженням і перенесенням частинок. При цьому прикладену до електродів напругу можна значно знизити у порівнянні з використовуваними у типових електростатичних апаратах і підняти їх надійність при експлуатації.

Четвертий розділ містить результати вимірювань і числових моделювань процесу розділення електропозитивних газів та електровід'ємних домішок у негативній короні. Явище базується на відмінних інтенсивностях іонізації у розряді атомів основного газу і домішки, що відрізняються потенціалами іонізації або спорідненістю до електронів. У випадку суміші газів Ar + O₂ на коронуючий електрод подається негативний потенціал. Утворені негативні іони кисню O₂^- дрейфують до анода, нейтралізуються і видаляються разом з частиною основного газу. Розроблені і виготовлені експериментальні установки дозволяють визначати швидкість процесу при вхідній концентрації домішок 10^-4 % - 10^-3 %, витраті газів 1 - 20 мл/с і струмах розряду порядку 10^-6 - 10^-4 А. Особливістю схеми є пропускання газу вздовж вістря крізь прикатодну область до анода, виготовленого у вигляді конуса із сіткою на торці. Вимірювання залежності концентрації кисню в аргоні від часу протікання розряду проведено на установці із паралельними 600 коронуючими елементами. Отримано зниження концентрації кисню від 7?10^-4 % до 1?10^-4 % при напрузі на короні 2300 В, струмі 20 мкА і витраті газу через один елемент порядку 0.1 мл/с. При теоретичних оцінках процесу використали обчислені інтенсивності утворення негативних іонів у пульсуючій короні (розділ 2).

У п'ятому розділі описано методику і результати дослідження процесу іонізації повітря із газовими домішками у пульсуючій негативній короні при атмосферному тиску і часового розділення у камері дрейфу із низьким вакуумом пакетів утворених іонів. Експериментальна установка дозволяє задавати об'ємну витрату газоповітряної суміші у камері іонізації в області 10^-1 мл/с - 1 мл/с, прикладати постійну напругу до розрядного проміжку у межах 1000 В - 2000 В, отримувати струми негативної корони на аноді 10^-6 - 10^-5 А при тиску залишкових газів у камері дрейфу (її довжина 15 см) порядку 10^-2 тор. Особливістю установки є можливість пропускання газової суміші крізь дві розділюючі діафрагми, перша з яких має отвір діаметром 15 мкм, друга - 2 мм, і використання диференціального механічного відпомповування камер. Реєстрація іонних струмів відбувається осцилографом типу С1-93 без додаткового підсилення. Встановлено, що складні за формою виміряні імпульси струму несуть достатню інформацію для ідентифікації кількох газових компонент із концентрацією на рівні 10^-2 %. Проведені розрахунки показали принципову можливість утворення у негативній короні достатньої кількості іонів домішки і задовільного розділення після дрейфу у камері із низьким вакуумом, використання запропонованої схеми для проектування малогабаритних газоаналізаторів.

У шостому розділі викладено результати теоретичних оцінок процесу закручення іонізованого газового потоку у перехресних електричному і магнітному полях і наступного розділення компонент із відмінними масами під впливом відцентрової сили. Прискорення газу відбувається під поляризаційним впливом іонів. Вважаючи відомими їх концентрацію і рухливість, вивели формули для максимальної швидкості іонів і газу в цілому, час відходу іонів на стінки зовнішнього циліндра, час досягнення максимального розділення і його ступінь R. Основні залежності руху іонів отримано, виходячи із закону збереження імпульсу іона при русі у в'язкому середовищі у схрещених ЕН полях. Числові розрахунки провели на прикладі суміші водню і пари сірки, як домішкової компоненти. Обчислені результати вказують на експоненціальний ріст ступеня R при рості маси молекул S₂ - S₈ і полів E і H. Експериментальна установка включає у ролі емітера низьковольтний інжектор з обдуванням електропозитивним азотом (розділ 3). Результати попередніх вимірювань вказують на перспективність використання таких емітерів з коронним розрядом.

ВИСНОВКИ

Сукупність результатів експериментальних і теоретичних досліджень, проведених у даній дисертаційній роботі, формує новий напрямок розвитку фізики негативного коронного розряду зі складними пульсаціями струму в електрододатних газах з електровід'ємними (ЕВ) газовими домішками у широкому діапазоні концентрації, починаючи від слідових значень. Для дослідження негативної корони у проміжку вістря-площина розроблена і виготовлена експериментальна установка, яка дозволяє вимірювати пульсуючий струм при пропусканні газу крізь розряд і динамічній зміні концентрації домішки в області 10^-6 % - 21%. Розроблено методику встановлення фізичних механізмів складних пульсацій струму, що включають основні імпульси і їх вторинні структури - прекурсор, сходинку переднього фронту, пікову і хвостову частини, а також високочастотні пульсації, з використанням виміряних даних і результатів математичного моделювання. Основні результати, отримані в роботі, зводяться до наступного.

1. Виміряні залежності параметрів імпульсу струму від типу електрододатного газу, типу і концентрації електровід'ємної домішки є достатньо інформативними для встановлення механізмів пульсації: амплітуда, тривалість і заряд імпульсу в азоті є значно більшими, ніж в аргоні; пік імпульсу зростає в N₂ і спадає в Ar при рості концентрації кисню; вперше виявлені високочастотні пульсації струму (ВЧПС) в Ar накладаються на весь імпульс, в N₂ - на припікову і хвостову частини імпульсу; усереднена по ВЧПС форма імпульсу є двостадійною в азоті (включає коротку пікову і тривало спадну хвостову частини) і монотонно спадною в аргоні; амплітуда і частота імпульсів немонотонно залежать від концентрації пари сірки.

2. Запропоновано кінетичну модель негативної пульсуючої корони, яка задовільно описує поведінку основних імпульсів струму і їх вторинних структур при наступних умовах: включенні таких процесів, як іонізація атомів газу ударами електронів, прилипання електронів до молекул ЕВ домішки і відлипання при ударах електронів і метастабільних атомів основного газу, дрейф зарядів, іон- і фотоелектронні емісії; використанні коефiцiєнтів процесів у локальному наближенні постійності поля; розв'язанні рівнянь неперервності потоків зарядів і Пуассона для електричного поля у квазідвомірному просторі з різко неоднорідною сіткою; заданні струму корони сумою струмів зарядів і зміщення на катоді.

3. Встановлено умови існування попередника основного імпульсу струму негативної корони - прекурсора - при розширенні її числового моделювання в умовах змінної концентрації електровід'ємної домішки кисню (від слідових значень 10^-3 % до 21 %) в азоті, змінних радіусі катода (0.004 см - 0.5 см) і прикладеному полі у межах, що охоплюють відомі параметри пульсуючого негативного коронного розряду. Вперше встановлено, що прекурсор утворюється струмом зміщення, спричиненого лавинним розмноженням зародкових зарядів у високоенергетичній приповерхневій області розряду - області генерування, і має вигляд короткого (до 10 нс) імпульсу з амплітудою на порядок нижчою від амплітуди основного імпульсу. Прекурсор існує до приходу утворених позитивних іонів на поверхню катода, викликання ними вторинної електронної емісії і лавинного росту основного імпульсу струму. Показано, що для характерних параметрів пульсуючої негативної корони автоелектронна та фотоелектронна емісія з реально малого катода-вістря (діаметр - десятки мікрометрів) майже не змінюють струму прекурсора. Отримані результати дозволяють проводити надійну інтерпретацію імпульсу струму негативної корони та зняти існуючі протиріччя у його трактуванні. Зокрема, показано, що при дуже високій концентрації електровід'ємного газу (100% кисню) основний імпульс струму пригнічується до принульових значень за рахунок прилипання електронів і залишається лише прекурсор, а великий внесок від фотоелектронної емісії, що спостерігається у розрахунках деяких авторів (зокрема, Morrow-1985) пояснюється прийнятою надто великою для коронного розряду площею катоду (радіус 0.5 см).

4. Встановлено умови існування сходинки на передньому фронті основного імпульсу струму негативної корони при її числовому моделюванні в умовах змінної концентрації домішки кисню в азоті, змінних радіусі катода (0.004 см - 0.5 см) і прикладеному полі у межах, що охоплюють відомі параметри пульсуючого негативного коронного розряду. Доведено, що сходинка утворюється струмом зміщення, викликаного зміною напруженості електричного поля на поверхні катода при наближенні до нього основної хвилі іонізації або катодоспрямованого стримера, і існує при усіх параметрах корони, що викликають її пульсації, зокрема, при відсутності фотоелектронної емісії з поверхні. Показано, що при великих радіусах коронуючого катода, порядку міліметра, тривалість сходинки є значною і її амплітуда зростає при рості фотоелектронної емісії з поверхні. При зниженні радіуса катода до десятків мікрометрів, тобто, при зниженні площі поверхні катода у сотні разів, сходинка стає непомітною - дуже короткою у часі порівняно з тривалістю фронту імпульсу, а вплив фотоелектронної емісії на параметри сходинки є відсутнім. Таким чином, отримані автором результати дозволили встановити залежність параметрів сходинки від основних параметрів негативної корони і зняти протиріччя у її трактуванні, що існували досі в літературі (Zentner-1970 - гальмуючий вплив негативних іонів на розряд, Акишев-1997 - струм зміщення, Morrow-1985, Cernak-1998, Акишев-2002 - механізм фотоелектронної емісії).

5. Показано, що пікова частина імпульсу струму задається сумою максимального потоку позитивних іонів і максимальних від'ємних значень струму зміщення на поверхні катода при приході до неї основної хвилі іонізації. Результати відомих експериментальних і теоретичних досліджень пульсуючого негативного коронного розряду отримали подальший розвиток у даній роботі при розширенні області вимірювання і числового моделювання в умовах зміни типу електропозитивного газу (азот, аргон), зміни у широких межах (10^-7% - 21%) концентрації електровід'ємної домішки (кисень, шестифториста сірка), зміни радіуса катода (0.004 - 0.5 см) і прикладеної напруги (1400 - 10000 В). Показано, що пікове значення струму залежить від типу електрододатного газу та електровід'ємної домішки і її концентрації (зокрема, при 100% кисню і радіусі катода 0.5 см пікова частина імпульсу стає слабопомітною у порівнянні з амплітудою прекурсора і сходинки). Встановлено, що ріст піка струму за рахунок фотоелектронної та автоелектронної емісії з реально малих катодів-вістр є нехтуюче малим. Таким чином, отримані результати дозволили узагальнити залежність основного піка струму негативного коронного розряду від основних параметрів розряду та зняти протиріччя у трактуванні його, що існували досі в літературі (основні механізми: Morrow-1985 - вторинна фотоелектронна емісія, Cernak-1991 - не іонний, а стримерний, Акишев-1997 - струм іонів).

6. Встановлено, що характер залежностей параметрів імпульсів струму негативної корони від концентрації електровід'ємної домішки визначається кінетичними процесами у приповерхневій області генерування і близькій до неї частині дрейфової області, у межах десятків-сотень мікрометрів. Ця сукупна область протягом усіх фаз пульсації негативної корони ділиться на шари з різноіменними зарядами і шаром нерівноважної плазми між ними. Виявлено, що у фазі росту імпульсу струму зниження поля безпосередньо за шаром приповерхневих позитивних іонів приводить до росту інтенсивності прилипання електронів і концентрації негативних іонів, а отже, до їх значного зворотнього впливу на динаміку хвилі іонізації. Тому ріст концентрації домішки приводить до зниження струму і пришвидшення спаду інтеграла наповнення у приповерхневій області до критичного значення, при якому припиняється розряд, тобто, до скорочення тривалості імпульсу, а отже, до значно швидшого спаду його заряду. Вперше встановлено, що тип залежності частоти пульсації негативної корони від концентрації ЕВ домішки (спадаюча або зростаюча) задається співвідношенням інтенсивностей прилипання і відлипання електронів та дрейфого відходу негативних іонів від області генерування. Показано, що немонотонність залежностей амплітуди струму і частоти імпульсів негативної корони від температури пари сірки в аргоні задається її модифікаційними перетвореннями в області 80-100 ^оС, при яких суттєво росте парціальний тиск і змінюються кінетичні коефіцієнти. Таким чином, отримані автором результати дозволили встановити основні характеристики пульсації негативної корони в залежності від стану газу і уточнити трактування окремих з них, що існували досі (Sigmond-1993 - імпульси є результатом гри між іонізаційною і дрейфовою областями, а період їх повторення - це час очищення просторового заряду останньої).

7. Вперше експериментально і математично досліджено високочастотні пульсації струму (ВЧПС), які накладаються на основні імпульси струму негативної корони і його часові залежності при переході до жевріючого розряду і пробиття газового простору. Встановлено, що вони виникають в результаті зміни потоку позитивних іонів на катод в умовах самоекранування, при якому існує зворотній зв'язок між їх концентрацією на поверхні і полем у хвостовій частині області генерування. Встановлено умови існування ВЧПС - це низькі концентрації електровід'ємних домішок (починаючи від від слідових значень 10^-3%) і малі радіуси вістря (десятки мікрометрів). При низькому імпедансі вимірювального кола вони отримуються виразнішими, а при використанні торців тонких дротинок у ролі коронуючого електрода - тривалішими. ВЧПС в азоті накладаються, в основному, на пікову і хвостову частини імпульсу, тоді, як в аргоні існують протягом усього імпульсу. Їх частота зростає у межах 1.2 - 2.5 мегагерц при рості концентрації кисню в аргоні від 0.002% до 0.008%. Вперше математично змоделювано високочастотні пульсації струму при заданні поперечного перерізу генеруючої області розряду збільшеним на порядок у порівнянні із відповідним розміром коронуючого вістря. Показано, що наближення шару негативних іонів до шару позитивних у певних фазах пульсації струму підсилюють ВЧПС. Таким чином, отримані автором результати дозволили встановити умови існування високочастотних пульсацій струму негативної корони, жевріючого розряду і пробиття і зняти протиріччя у їх трактуванні, що існували в літературі (Hosokawa-1991: горб після піка імпульсу струму є максимумом потоку іонів при приході стримера на поверхню катода; ВЧПС - це: Morrow-1985 - “поздовжні коливання електричного поля”, Cernak-1999 - “турбулізація плазми електронним пучком”, Wagner-1999 - “не-трічелівські і їх механізм потребує вивчення”; Акишев-2001: “високочастотні коливання в азоті дуже подібні на імпульси Трічеля у повітрі при аналогічних параметрах корони”.

8. Вперше експериментально виявлено і досліджено відмінні залежності параметрів пікової частини імпульсів струму негативної корони від концентрації електровід'ємної домішки кисню в області 2*10^-3 % - 1 % в азоті та аргоні. Показано, що амплітуда, тривалість і заряд пікової частини імпульсу струму різко зростають в азоті і спадають в аргоні при рості концентрації кисню у діапазоні низьких концентрацій. Подальше підвищення концентрації кисню приводить до зниження усіх параметрів пікової частини імпульсу в азоті та аргоні. Побудована і перевірена математична модель зростання пікової частини імпульсу струму в азоті при підвищенні низької концентрації електровід'ємної домішки за рахунок відривання електронів при зіткненні негативних іонів із збудженими метастабільними молекулами азоту, накопичення домішки у розширюваній області генерування і зростання коефіцієнта ударної іонізації суміші газів. Подальше підвищення концентрації ЕВ домішки приводить до спаду амплітуди і тривалості пікової частини імпульсу струму через переважання накопичення негативних іонів в області генерування над відлипанням електронів. В аргоні амплітуда імпульсу постійно спадає при рості концентрації кисню, оскільки процеси відлипання, зв'язані з метастабільними атомами, є слабкими. В літературі не виявлено використання збуджених метастабільних атомів при моделюваннях негативної пульсуючої корони. Таким чином, отримані автором результати дозволили встановити залежності параметрів пікової частини імпульсу струму негативної корони від концентрації електровід'ємної домішки в електрододатних газах і пояснити подібні ефекти, зокрема, зареєстрований і не проаналізований іншими авторами ріст піка струму негативного коронного розряду при рості концентрації шестифтористої сірки у повітрі (Zentner-1970) і рості тиску повітря (Hosokawa-1988).

9. Вперше показано, що високочастотні пульсації струму негативної корони в азоті підсилюються у моменти протікання пікової і хвостової частин імпульсу при зближенні шарів позитивних і негативних іонів через зниження концентрації метастабільних молекул азоту і ослаблення відлипання електронів від негативних іонів домішки. В аргоні ВЧПС існують протягом усього імпульсу струму, а крутизна спаду усередненого струму є вищою, ніж в азоті, оскільки вплив метастабільних атомів є слабким. Таким чином, отримані автором результати дозволили уконкретнити умови існування високочастотних пульсацій струму негативної корони, і пояснити подібні ефекти розміщення ВЧПС на певних частинах імпульсу струму негативної корони, зареєстровані іншими авторами (Cernak-1999, Wagner-1999 - у водні; Акишев-2001 - в азоті).

10. Показано, що вплив іонізації молекул кисню фотонами, емітованими збудженими молекулами азоту в області генерування пульсуючої негативної корони, на зародження стримероподібного розряду у випадку низьких концентрацій кисню (нижче 0.1%) є нехтуючим. У випадку високих концентрацій кисню (зокрема, у повітрі) така фотоіонізація підсилює хвилю іонізації або катодоспрямований стример і слабко впливає на зародження анодоспрямованого стримера. Результати відомих теоретичних робіт Райзера Ю., Карася В., Morrow R. і інших отримали подальший розвиток у даній роботі при числовому моделюванні негативної корони з врахуванням фотопроцесів.

11. Запропоновано методику визначення області існування плазми пульсуючої негативної корони і обчислено її основні характеристики. Показано, що плазма постійно пульсує як у просторі генераційної зони, так і в часі, синфазно із зміною струму. Отримані усереднені температура і концентрація електронів відносять плазму негативної корони до низькотемпературної нерівноважної.

12. Вперше виявлене і досліджене експериментально різке зростання усередненого струму негативної корони у повітрі при обдуванні коронуючого вістря електрододатним газом (аргоном, азотом) зі швидкістю в області 0.1 - 5 см/с обгрунтовується зниженням концентрації негативного заряду і відповідним зростанням інтенсивності іонізації в області генерування, а також включенням ефекту Рамзауера і відповідним підвищенням швидкості дрейфу низькоенергетичних електронів. Цей ефект дозволив автору запропонувати удосконалення ряду відомих апаратів, зв'язаних з розділенням і очищенням газових сумішей.

Здобуті у даній дисертації наукові результати вже частково використовуються і рекомендуються до використання наступним чином. На основі сильних залежностей частоти, заряду імпульсу та усередненого струму негативної корони від концентрації електровід'ємних домішок вимірюється їх концентрація і тиск газу. Розроблені і випробувані при виробництві ламп відповідні давачі дозволили вимірювати з достатньою точністю сумарну концентрацію кисню, пари води і інших ЕВ домішок у технологічних газах в області 10^-3% - 10 %, тиск повіря у лампах жарення у межах 760 - 10^-2 тор. Запропоновані схеми з пропусканням газів крізь область генерування корони дозволяють підвищити ефективність вловлення аерозолей електрофільтрами, ефективність плазмохімічних реакторів, зокрема, для розділення електрододатних та електровід'ємних газів в електричному полі і різномасових сполук в перехресних електричному і магнітному полях. Результати проведених випробувань відповідних апаратів, а також захищені авторські свідоцтва і патенти підтверджують можливість такого використання у виробництві. Результати вимірювань і математичного моделювання іонізації газів у негативній короні при атмосферному тиску і часового розділення іонів у низькому вакуумі показують можливість суттєвого покращення параметрів і здешевлення відомих масспектрометрів з використанням ізотопів. Встановлені на основі класичних Таунсендівських принципів газового розряду механізми складних пульсацій негативної корони можуть бути корисними при вивченні інших типів розрядів.

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Ц1. Morrow R. Theory of negative corona in oxygen // Phys. Rev. - 1985. - Vol. А32, N3, - P. 1799 - 1809.

2. Ц2. Morrow R. Theory of stepped pulses in negative corona discharges // Phys. Rev. A - 1985. - Vol. 32. - P. 3821-24.

3. Ц3. Napartovich A., Akishev Yu. Numerical simulation of Trichel-pulse formation in negative corona // J. Phys. D: Appl. Phys. - 30, 1997. - P.2726 - 2736.

4. Ц4. Cernak M., Hosokawa T. Complex form of of current pulses in negative corona discharges. Phys Rev A, Brief Reports. - 1991. -V.43, N.2 - P. 1107-1109.

5. Ц5. Zahoranova A., Cernak M., Stefecka M. and Wagner H.-E. -Stepped form of negative corona current pulses in hydrogen // Czech. J. Phys. - 1999. - Vol. 49, No 12. - P. 1721-1735.

6. Ц6. Акишев Ю. и др. Пульсирующий режим отрицательной короны в азоте // Физика плазмы - 2001. - Т. 27, N 5, Ч. 1. Эксперимент. - С. 1-12, Ч. 2. Расчет. С. 13-22.

7. Ц7. Акишев Ю. и др., Результаты численного моделирования импульсов Тричела в отрицательной короне в воздухе // Физика Плазмы. - 2002. - Т. 28, № 11. - C.1-11.

8. Ц8. Cernak M. et all. Streamer mechanism for negative corona current pulses // J. Appl. Phys. - 1998. -Vol. 83, N 10. - P. 1-13.

9. Ц9. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах. - М.: Мир. - 1968.- 605 c.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

У фахових наукових журналах і збірниках наукових праць

Чигінь В., Карп'як С. Модель плазми пульсуючої корони // Вісник Київського університету. Серія: фізико-математичні науки. - 2005. - № 4. - С. 317-326.

Chyhin V. Two types of negative corona current pulsation // Problems of Atomic Science and Technology: Plasma Physics. - 2005. - № 1 (10) - P. 178-180.

Chyhin V. High frequency pulsation of high-voltage gas discharges // Problems of Atomic Science & Technology: Plasma Physics. - 2005. - № 2 (11) - P. 185-187.

Чигінь В. Імпульси струму від'ємного коронного розряду // Укр. Фіз. Журн. - 2002. - т. 47, № 4 - С. 350-360.

Chyhin V. Physical mechanisms of negative corona current pulse with secondary oscillation // Conden. Matter Phys. - 2002. Vol. 5, № 3(31) - С. 429-448.

Чигинь В., Палюх Б. Потенциалы взаимодействия ионов щелочных металлов с атомами инертных газов в области минимума. // Физическая электроника, Респ. сб. - 1986. - Вып. 32. - С. 3-8.

Чигинь В., Палюх Б., Паславский В. Характеристика работы пушки ионов щелочных металлов и газов при низких энергиях. // Физичес. электроника, Респ. Сб. 1986. - Вып. 33. - С. 98-100.

Чигінь В., Палюх Б. Цікаві властивості релаксаційно-коливної від'ємної корони. // Збірник НТШ, серія фізична. - 1998. - Т. 3. - С. 79-83.

Чигінь В. Взаємовпливи потоків заряджених частинок і газів при атмосферному тиску // Збірник НТШ, серія фізична. - 1998. - Т. 3. - С. 84-90.

Авторське свідоцтво 1660752 СССР, МКИ В 03 С 3/00. Аппарат для разделения газа / Чигинь В., Билый Я., Корбецкий Р. - № 4617869/26; Заявлено 12.12.88; Опубл. 07.07.91, Бюл. № 25. - 3 с.

Патент 22211 України, В03С 3/08. Електрофільтр / Чигінь В.; ДУ “Львівська політехніка”. - № 95031372; Заявл. 28.03.95; Опубл. 30.06.98, Бюл. N 3.

Патент 25169 А України, Н03В 7/10. Генератор релаксаційних коливань / Чигінь В.; ДУ “Львівська політехніка”. - № 96124587; Заявл. 09.12.96; Опубл. 30.10.98.

Чигінь В., Скульський М. Роль фотопроцесів у формуванні імпульсів струму від'ємної корони у сумішах газів N₂+O₂ і Ar+O₂ // Вісник НУ "Львівська Політехніка", Електроніка. - 2001. - N 423. - C. 131-141.

Чигінь В., Карп'як С. Модель нерівноважної плазми негативної корони // Вісник НУ "Львівська Політехніка", Електроніка. - 2005. - № 532.- С.153-159.

Чигінь В. Експериментальне дослідження і моделювання струмових імпульсів від'ємної корони у потоці аргону та азоту із електровід'ємними домішками // Вісник НУ "Львів. Політехн.", Електроніка. - 2000. - N 397. - C. 136-146.

Чигінь В., Вакарин Е., Скульський М. Розділення газових сумішей при закрученні іонізованого потоку в перехресних електричному і магнітному полях // Вісник НУ "Львівська Політехніка", Електроніка. - 2000. - N 401. - С. 48-54.

Чигінь В., Федоришин О., Скульський М. Тонка структура імпульсів від'ємної корони // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1999. - N 382. - С. 50-56.

Чигінь В. Чутливість деяких параметрів коливної корони до концентрації газових мікродомішок // Вісник ДУ "Львів. Політех." - 1999. - N 378. - С. 80 - 84.

Чигінь В., Бойко О. Числові моделювання імпульсних процесів у від'ємній короні // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1998. - N 337. - С. 283-286.

Чигінь В., Проць О. Заряд і частота імпульсної корони, як інформативні параметри давача газоаналізатора // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1999. - N 343. - С. 180-183.

Чигінь В. Характеристики пульсуючої корони в електронному аналізаторі // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1997. - N 325, - С. 149-155.

Чигінь В. Моделювання релаксацій корони у давачі газоаналізатора. // Вісник ДУ "Львівська політехніка". - 1997. - N 318. С. 75-79.

Чигінь В., Бакович Л. Струмові характеристики релаксацій корони в аргоні // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1997. - N 326. - С. 123-125.

Чигінь В., Скульський М., Чиняєв В. Експериментальні дослідження електрофільтра із низьковольтною інжекцією електронів // Вісник ДУ "Львівська політехніка". - 1997. - N 326. - С. 92-94.

Парамуд Я., Чигінь В., Стадничук О.В. Автоматизація експериментів із короною у давачі газоаналізатора з використанням ПЕОМ // Вісник ДУ "Львівcька політехніка". - 1997. - N 322. - С. 96-99.

Чигінь В., Омельчук О. Релаксаційні коливання коронного розряду в аргоні з електровід'ємними і електрододатими домішками // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1996. - N 304. - С. 88-90.

Федоришин О., Чигінь В. Про деякі аспекти числовного розв'язання рівнянь неперервності в неоднорідному полі корони // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". - 1998. - N 346. - С. 156-160.

Чигінь В.І., Парамуд Я.С., Стадничук О.В. Особливі характеристики алгоритмів керування експериментами із давачем газоаналізатора коронного типу // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". 1997. - N 322. - С. 174-177.

Чигінь В. Модель лавини у давачі газоаналізатора коронного типу // Вісник ДУ “Львівська Політехніка". 1997. - N 318. - С. 80-84.

Чигінь В. Використання ефекту Рамзауера і обдування емітера для інжекції електронів в електрофільтрах // Вісник ДУ "Львівська Політехніка". 1996 - N 304. - C. 73-75.

У нефахових журналах і збірниках наукових праць

Федоришин О., Чигінь В. Зв'язана система рівнянь електродинаміки та кінетики для частково іонізованої плазми // Вісник ДУ "Львівська Політехніка" - 1998. - N 346. - С. 133-136.

Чигинь В.И. Расчёт эффективности разделения и очистки газов в коронном разряде. // Вестн. Львов. Политехн. Инстит. - 1988. - N 227. - С. 67-68.

Гусар М.Г., Чигінь В.І., Доманський С.Г. Характерні недоліки конструкції та заводського виготовлення існуючих електрофільтрів ТЕС України // Енергетика та Електрофікація. - 1997. - N 5. - С. 47-49.

Гусар М.Г., Чигінь В.І. Про деякі принципи проектування реконструкції електрофільтрів ТЕС // Енергетика та Електроф-ція. -1998. - N 4. - С. 49-51.

Чигинь В. і ін. Очистка газоповітряних викидів від аерозолей в іонноелектромагнітному сепараторі. // Zeszyty Nauk. Politechniki Rzeszow. Budownictwo i inzynieria srodowiska. - 1993. - N 116. - С. 21-26.

Ав.Св. 1289548 СССР, МКИ В 03 С 3/00. Аппарат для разделения газа. / Чигинь В. и др. - № 3556188/31-26; Заявлено 25.09.85; Опубл. 15.02.87, Бюл. № 6. - 5 с.

Патент 2056175 Росії, В03С 3/14. Пристрій для очищення повітря / Чигінь В. Жуковський С., Довбуш О., Вакарин Е.; ДУ “Львівська політехніка”. - № 5021222, Заяв. 09.01.92; Опубл. 20.03.96, Бюл. N 8.

Патент 13982 України, В03С 3/14. Іонноелектромагнітний циклон. / Чигінь В., Жуковський С., Вакарин Е.; ДУ “Львівська політехніка”. - № 93005824, Заяв. 30.06.93; Опубл. 25.04.97, Бюл. N 2.

Матеріали і тези наукових конференцій

Chyhin V., Karpyak S. Non-equilibrium Plasma Model of Corona-to-Breakdown Transition Stage // І-ша Міжнародна конференція "Електроніка та прикладна фізика", 2005, м. Київ, Україна, C. 21-22.

Chyhin V. Secondary structure of leading current front of negative corona pulse and gas breakdown // 10^th International Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion. Alushta, Ukraine. 2004. - P. 185.

Chyhin V. High frequency pulsation of high-voltage gas discharges // 10^th Intern. Conf. & School Plasma Physics and Controlled Fusion. Alushta. 2004. - P. 187.

Chyhin V. Two types of negative corona current pulsation // 10^th Intern. Conf. & School Plasma Physics and Controlled Fusion. Alushta, Ukraine. 2004. - P. 196.

Chyhin V., Rudavsky Yu. Role of photoionisation processes in negative corona current pulses forming // 25^th International Conference on Phenomena in Ionized Gases, ICPIG-25. - Nagoya, Japan. - 2001. - Р. 17-18.

Chyhin V., Rudavsky Yu. Photoprocesses in cathode sheath as stimulants of volume plasma-chemical reactions // 15^th International Symp. on Plasma Chemistry, ISPC-15. - Orlean, France. - 2001. - P. 3187-3192.

Chyhin V. Mechanisms of negative corona current pulse with secondary oscillation // 14^th Intern. Symp. Physics of Switching Arcs. - Nove Mesto, Czechia. - 2001. - P. 277-280.

Chyhin V. Corona current pulses including thin structure // 7^th International Symposium on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry, HAKONE VII. - Greifswald, Germany. - 2000. - P. 18-22.

Chyhin V. Stimulation of electric current in air and electronegative gases using special cathode systems // 7^th Intern. Symposium on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry, HAKONE VII. - Greifswald, Germany. - 2000. - P. 103-106.

Chyhin V. Decisive role of cathode sheath in formation of negative corona current pulses including thin structure // 15^th Europhysics Conf. on Atomic and Molecular Physics of Ionised Gases, ESCAMPIG. - Miskolc, Hungary. - 2000. - P. 198-200.

Chyhin V. Cathode sheath influence on electric current in air // 15^th Europhysics Conference on Atomic and Molecular Physics of Ionised Gases, ESCAMPIG. - Miskolc, Hungary. - 2000, P. 470-472.

Сhyhin V. Microadmixture gas-analyser with corona ionization at ambient pressure // 6^th International Symposium on High Pressure Low Temper. Plasma Chemistry, HAKONE VI. - Kork, Ireland. - 1998. - P. 342- 346.

Chyhin V. Сurrent characteristics of negative corona in flow of argon with microadmixtures // 14^th European Conference on Atomic and Molecular Physics of Ionised Gases, ESCAMPIG. - Dublin, Ireland. - 1998. - P. 190-191.

Чигінь В., Бакович Л., Смичок В. Оцінка чутливості давача коронного типу для вимірювання концентрації озону у верхніх шарах атмосфери // Перша Міжн. Конф. "Технічна метеорологія Карпат". - Львів. - 1998. - С. 26-30.

Chyhin V. Air microadmixture gas-analyzer with ionization at ambient pressure // Public Health Consequences of Environm. Pollution: Priorities & Solutions, NATO Advan. Research Workshop. -Lviv, Chicago. - 1997. - P. 50 - 55.

Чигінь В. Газоаналізатор мікродомішок повітря із іонізацією при атмосферному тиску // Перший Західноукраїнський симпозіум з адсорбції та хроматографії. - Львів. - 1997. - С. 80-81.

Чигінь В., Лопатинський І. Використання давача коронного типу у хроматографії // Перший Західноукраїнський симпозіум з адсорбції та хроматографії. - Львів. - 1997. - С. 81-83.

Федоришин О., Чигінь В. Рівняння Максвела для багатокомпонентних іонізованих газів // Науковий семінар "Статистична теорія конденсованих систем". Львів. - 1997. - С. 137.

Чигінь В., Бакович Л. Релаксаційні коливання струму корони і найпростіша модель їх зародження // Науковий семінар "Статистична теорія конденсованих систем", Львів. - 1997. - С. 138.

Чигінь В. Найпростіші аналітичні залежності струму від'ємної корони від параметрів газу // Науковий семінар "Статистична теорія конденсованих систем", Львів. - 1997. - С. 139.

Чигінь В. і ін. Дослідження релаксаційних коливань корони за допомогою автоматизованого комплексу на базі ПЕОМ і пакету програм "Математика" // Міжнар. наук.-техніч. конф. "Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР мікроелектроніки". Славське, Україна. - 1997. - С. 204.

Стадничук О., Юров С., Чигінь В. Автоматизований комплекс на базі ПЕОМ для дослідження процесів у короннім розряді давача газоаналізатора // Міжнар. наук.-техн. конф. "Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР мікроелектроніки", Славське, Україна. - 1997. - С. 172.

Чигинь В. Генерирование регулируемых релаксационных колебаний в коронном разряде // 9-я Республ. конф. "Физика и химия низкотемпературной плазмы". - Минск. - 1990.

Чигинь В., Синицкий О. Сравнительная характеристика потенциалов взаимодействия ионов Li+, K+, Na+ c собственными атомами // 10-я Всесоюз. конф. по физике электрон. и атомных столкновений". - Ужгород. - 1988. - С.33.

Чигинь В. Использование квантовых эффектов при восстановлении потенциалов упругого взаимодействия ионов и атомов // 10-я Всесоюз. конф. по физике электрон. и атомн. столкновений". - Ужгород. - 1988. - С. 26.

Чигинь В. Связь потенциалов взаимодействия ионов с атомами с характеристиками отдельных частиц и в твердом теле // 10-я Всесоюзной конф. по физике электрон. и атомн. столкновений". - Ужгород. - 1988. - С. 44.

Чигинь В. и др. Аппарат для разделения и очистки газов в коронном разряде // 7-я Респуб. конф. "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств", Львов. -1988. - С. 58-59.

Чигинь В., Билый Я., Костур В. Восстановление потенциала ионно-атомного взаимодействия и его связь c соотвующими характеристиками в твердом теле // Всесоюзный семинар "Физика электронных и атомных столкновений". - Сигнахи, Грузия. - 1986. - С. 87-89.

Чигинь В. Экспериментальное определение потенциалов взаимодействия ионов и атомов в области средних расстояний // 9-я Всесоюзная конф. по физике электронных и атомных столкновений. - Рига. - 1984. - С. 69.

АНОТАЦІЯ

Чигінь В.І. Фізичні механізми пульсації негативної корони. - Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 - фізична електроніка. Інститут радіофізики та електроніки імені О. Я. Усикова Національної академії наук України, Харків, 2006.

У дисертації представлені результати експериментальних і теоретичних досліджень складних пульсацій негативної корони при геометрії вістря-площина в електропозитивних газах з електронегативними домішками. Використання радіусів вістря порядку десятків мікрон і концентрації кисню в області 10^-3 % -10^-1 % дозволило вперше зареєструвати високочастотні пульсації струму в азоті та аргоні. Запропонована кінетична модель корони включає іонізацію, прилипання і відлипання електронів, дрейф зарядів, іон- і фотоелектронну емісії. Рівняння неперервності для зарядів і Пуассона для електричного поля розв'язуються сучасними числовими методами у різко неоднорідному квазідвомірному просторі при заданні струму у вигляді суми потоків зарядів і зміщення. Встановлено, що такі вторинні структури імпульсу струму корони, як прекурсор і сходинка на передньому фронті задаються струмом зміщення при наближенні хвилі іонізації да катода, його пікова частина формується сумою струму зміщення і позитивних іонів на катод, а високочастотні пульсації струму - змінним потоком іонів на катод в умовах самоекранування, при якому існує зворотній зв'язок між їх концентрацією на поверхні і полем у хвостовій частині області генерування. Пояснено відмінну поведінку імпульсів струму в N₂ i Ar при включенні збуджених метастабільних молекул азоту. Запропоновано і досліджено схеми використання негативної корони: заміна електровід'ємних газів на електрододатні в області генерування приводить до росту струму у повітрі; пропускання крізь неї газів з різними фізичними властивостями підвищує ступінь просторового і часового розділення компонент.

Ключові слова: негативна корона, пульсації струму, вторинні структури імпульсів, прекурсор, фронтальна сходинка, пік імпульсу, високочастотні пульсації струму, фотопроцеси, просторовий заряд, розділення газів та іонів, числове моделювання.

АННОТАЦИЯ

Чигинь В.И. Физические механизмы пульсации отрицательной короны. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.04 - физическая электроника. Институт радиофизики и электроники имени О. Я. Усикова Национальной академии наук Украины, Харьков, 2006.

В диссертации представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований сложных пульсаций тока отрицательной короны при геометрии острие-плоскость в электроположительных газах с электроотрицательными примесями. Использование радиусов острия порядка десятков микрон и концентрации кислорода в области 10^-3 % - 10^-1 % позволило впервые зарегистрировать высокочастотные пульсации тока в азоте и аргоне. Предложенная кинетическая модель короны включает ионизацию, прилипание и отлипание электронов, дрейф зарядов, ион- и фотоэлектронную эмиссии. Уравнения непрерывности для зарядов и Пуассона для электрического поля развязываются современными численными методами в резко неоднородном квазидвухмерном пространстве при заданни тока в виде суммы токов зарядов и смещения. Установлено, что такие вторичные структуры импульса тока короны, как прекурсор и ступенька на переднем фронте импульса задаются током смещения при приближении волны ионизации к катоду; его пиковая часть формируется суммой тока смещения и положительных ионов на катод, а высокочастотные пульсации тока - переменным потоком ионов на катод в условиях самоэкранирования, при котором существует обратная связь между их концентрацией на поверхности и полем в хвостовой части области генерирования. Объяснено отличное поведение импульсов тока в N₂ и Ar при включении возбужденных метастабильных молекул. Предложены и исследованы схемы использования отрицательной короны: замена в области генерирования электроотрицательных газов на электроположительные приводит к росту тока в воздухе; пропускание сквозь нее газов с разными физическими свойствами повышает степень пространственного и временного разделения компонент.

Ключевые слова: отрицательная корона, пульсации тока, вторичные структуры импульсов, прекурсор, фронтальная ступенька, пик импульса, высокочастотные пульсации тока, фотопроцессы, пространственный заряд, разделение газов и ионов, численное моделирование.

ABSTRACT

Chyhin V.I. Physical mechanisms of negative corona pulsation. - Manuscript. Thesis for the doctor sciences degree of physical-mathematical sciences by speciality 01.04.04. - Physical electronics. Usikov O. Ya. Radiophysics and Electronics Institute for National Academy of sciences of Ukraine, Kharkov. 2006.

The thesis presents the results of the experimental and theoretical investigations of the complicated current pulsation of the negative corona in electropositive gases with electronegative admixtures. The pulsing negative corona is the low current gas discharge, that arises between the point with a negative potential and the plane anode at a direct high voltage. The complicated current pulses are characterized by a strong periodicity and a temporal constancy of parameters. However, the discharge processes in the pulsing corona have been studied insufficiently. The causes are too high concentration of used electronegative gases and the essential simplifications of previous modellings. Using the point radiuses of about ten microns and the oxygen concentration of trace values 10^-3 % - 10^-1 % allowed us to register the high-frequency pulsations of the current (HFCP) in nitrogen and argon for the first time. Sizes and shapes of the measured pulses in N₂+O₂ and Ar+O₂ mixtures differ significantly: in N₂+O₂ the current forms two-stages pulse, in Ar+O₂ the HFCP-averaged current decreases monotonically; the peak current increases significantly in N₂+O₂ and falls weakly in Ar+O₂ with an increase of the oxygen concentration.

The up-to-date numerical modelling of the negative corona current has been realized, using continuity differential equations for charges fluxes, supplemented by the Poisson's equation for the electrical field in sharply inhomogeneous quasi-two-dimensional space. The used kinetic model includes the ionization and excitation of Ar atoms and N₂ molecules by electron collisions, the ionization by photons, the attachment of electrons to O₂, their detachment from O₂^- due to collisions with N₂ in the ground and excited states, the charge drift and the surface photo- and ion-electron emission. The photoprocesses coefficients have been determined, making use the data for the metastable N₂(A3u+), N₂(B3Пg), O₂(a1g) and for high level states. The corona current has been calculated as a sum of the positive charges flow and the displacement current at the cathode.

As a result of the investigations it was ascertained that such secondary structures of the corona current pulse, as the precursor and the step at its front, are determined by the displacement current during an approach of the ionization wave to the cathode. The pulse peak part is formed by the sum of the displacement and positive ions currents on a cathode. The high-frequency pulsations of current are determined by the variable stream of ions on the cathode in the self-screening conditions, at which the feedback between their concentration on the point and the field in tail part of the generation region exists. Extending the Morrow's modelling, the graphs reflected a gradual transition from the simple current pulse of the negative corona in 100% О₂ to more complicated pulses with the front steps and the HFCP pronounced at low oxygen concentrations were obtained. It is shown that the single current peak in the first case is in fact the pulse precursor resulted from the ionization processes in the cathode region under a strong influence of the photoelectron emission from the cathode, taken unrealistically large for the corona. But, if the cathode radius has a realistic small value the step duration is very short due to an extremely high speed of the ionization wave in the increasing surface electric field.