Предпробой

Первоначально газ, находящийся в промежутке между электродами свечи зажигания, является идеальным изолятором. При приложении импульса напряжения (со скоростью «10 кВ/мс в системах с накоплением энергии в магнитном поле катушки индуктивности и «100 кВ/мс в системах с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора) случайные электроны, попавшие с проникающим ионизирующим космическим излучением Земли, могут получать энергию в растущем электрическом поле и ускоряться в направлении анода. Если напряженность электрического поля достаточно высока (50-100 кВ/см), электроны, получившие в этом поле ускорение, могут при столкновениях ионизировать молекулы газа, образуя дополнительные электроны и ионы.

Эти носители зарядов также получают энергию от электрического поля и, в свою очередь, способствуют увеличению потока электронов. Число электронов и ионов растет лавинообразно. Однако, поскольку эти электроны поглощаются анодом, нужны какие-то дополнительные процессы для образования достаточного количества свободных электронов у катода или на нем, чтобы их движение было самоподдерживающимся. Это происходит в результате ультрафиолетового излучения (X < 200 нм), испускаемого возбужденными ионами, поскольку сталкивающиеся электроны не только ионизируют молекулы газа, но и возбуждают большое количество электронных уровней.

В малых зазорах между электродами свечи зажигания и при малых давлениях (1е < 1 мм, р < 1 бар (105 Па)) это излучение непосредственно достигает катода и освобождает с его поверхности фотоэлектроны. При больших зазорах и больших давлениях (1е > 1 мм, р > 1 бар (105 Па)) ультрафиолетовое излучение поглощается молекулами газа, и небольшая часть этих молекул образует излучающий объем около катода. Таким образом, процессы ионизации, начинающиеся в результате создания электрического поля, быстро ускоряются, ток в искровом промежутке становится самоподдерживающимся и почти независящим от внешнего электрического поля.

До тех пор пока в процессе ионизации электронов образуется меньше, чем это необходимо для того, чтобы разряд был самоподдерживающимся, фаза разряда будет фазой предпробоя. При малых скоростях роста напряжения зажигания фаза предпробоя может быть достаточно длительной (несколько минут), это зависит от состава газа, давления и формы искрового промежутка. Чем быстрее рост напряжения, тем короче эта фаза, поскольку процессы ионизации проходят быстрее. Температура газа при этом еще очень близка к ее начальному значению, и средняя плотность электронов менее 1015 э/см3, хотя в отдельных каналах ионизации (стримерах) она может достигать 1018 э/см3. В воздухе и азоте происходит интенсивное излучение молекул М2, что используется в лазерах. Излучение атомов пренебрежимо мало. Ионизированное облако заполняет все пространство искрового промежутка, где напряженность поля достаточно высока.