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Simulation of discharge in insulating gas from initial partial discharge to growth of a stepped leader using the percolation model

ストリーマ放電の時空間構造のパーコレーションモデルによるシミュレーション

佐々木 明; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 岸本 泰明*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*

Sasaki, Akira; Kato, Susumu*; Takahashi, Eiichi*; Kishimoto, Yasuaki*; Fujii, Takashi*; Kanazawa, Seiji*

放電の確率的な振る舞いを再現するパーコレーションモデルによるシミュレーションについて述べる。放電領域をマクロ的なセルに分割し、それぞれが絶縁体か導体かのいずれかの状態にあることを確率的に決定し、セルが構成するメッシュ上で回路方程式を解く方法で、電場や電流の構造の時間発展を計算した。空間の静電容量及び、各場所の電離のダイナミクスを考慮することと、電離領域の生成、消滅の確率を、電界や電流密度の大きさで重み付けすることで、印加電界の効果や媒質の特性を考慮した。電極・ストリーマ先端の電離と、媒質内部のランダムな電離の両方が放電の構造形成に重要な役割を持つことがわかった。計算は、電圧印加後、部分放電が起こるタイムラグがあって、そののちにステップドリーダが成長して短絡する様相を再現することができた。

A percolation model of discharge, which can reproduce stochastic behaviors of initial partial discharge to the growth of a stepped leader, is presented. The model uses macroscopic cells, from which a network of electric circuits is defined, and the spatial and temporal evolutions of the electric field and current in the discharge medium are calculated. For each cell, one of two states, either insulator or conductor, which corresponds to neutral gas or ionized plasmas, respectively, is decided. The decision is made on the basis of probability for each calculation cell at each time step, taking the effects of local electric field and current, which enhance ionization and sustain the discharge channel, respectively, into account. The stochastic behavior of discharge is discussed, in conjunction with the characteristic feature of ionization, that is, the ionization occurs not only ahead of the streamer tip where the electric field is enhanced but randomly in the discharge medium.

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分野:Physics, Applied

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