Korona deşarjı

Bir korona deşarjı bir sıvının ya da elektriksel olarak yüklü bir iletkeni saran gazın iyonizasyonu tarafından oluşturulan elektriksel bir deşarjdır. Kendiliğinden meydana gelen korona deşarjı doğal olarak eğer elektrik alan şiddetinin limiti sonsuza gitmiyorsa yüksek voltajlı sistemlerde açığa çıkar. Korona, bir iletkenin çevresindeki elektrik alanın şiddeti (potansiyel gradyan) iletken bir bölge oluşturmak için yeterince yüksek olduğunda meydana gelir. Ancak yakınındaki cisim veya objelerde elektik arızasına ya da ark oluşumuna sebep olacak kadar yüksek olmamalıdır. Genellikle havada yüksek voltaj taşıyan metal iletkenlere doğru yönelmiş mavimsi bir renkte (ya da diğer renklerde) parıldama olarak görülürler ve aynı özelliktelii bir gaz dejarj lambası gibi ışığı yansıtırlar.

500 kV yüksek gerilim hattındaki yalıtkan bir tel üzerinde korona deşarjı

Yüksek voltajlı bir bobin etrafında korona deşarjı

Wartenberg tekerleği üzerinde bir korona deşarjı

Koronanın iyonlaşmış gazı kimyasal olarak aktiftir. Bu durum havada ozon (O3) ve eğer ortamda su buhar varsa daha sonradan nitrik okside (NO2) dönüşecek olan nitrojen oksit (NO) gibi gazlar oluşturmasına neden olur. Ozon kasıtlı olarak bir ozon jeneratörünün içerisinde bu yoldan oluşturulur. Diğer türlü bu yüksek aşındırıcı maddeler sakıncalı  ya da tehlikeli olabilirler ve elektriksel sistemlerde güç harcayan istenmeyen maddeler olarak görülebilirler. Kontrol edilebilen bir korona deşarjı çeşitli süzme, baskılama işlemlerinde ve diğer süreçlerde kullanılabilmektedir.

Giriş

Korona deşarjı akımın yüksek potansitele sahip bir elektrottan genellikle havanın iyonlaşarak sıvılaşması şeklinde oluşan nötr bir akışkana doğru elektrot etrafında bir plazma bölgesi oluşturmak için ilerlemesiyle oluşan sürece verilen isimdir. Sonunda üretilen iyonlar yükünü yakınlarında bulunan daha düşük potansiyele sahip bölgelere bırakırlar ya da nötr gaz moleküllerine dönüşmek için kendilerini yeniden düzenlerler.  

Potansiyel gradyan (elektrik alan) akışkandaki bir noktada yeterince büyüdüğünde, akışkan o noktada iyonlaşır ve iletken hale gelir. Eğer yüklü bir cisim sivri bir noktaya sahipse, bu nokta veya noktaların yakınındaki elektrik alan şiddetinin diğer yerlerden çok daha yüksek olması beklenir. Daha uzak noktalar elektrotların yakınındaki havayı iyonize hale (kısmen iletken) getiremezken, bu sivri noktaların yakınındaki hava iyonize hale gelir ve kısmen iletkenlik kazanır. Bu noktanın yakınındaki hava iletkenlik kazandığında iletkenin boyutuna gözle görülür şekilde arttırıcı bir etki yapar. Yeni iletken bölge daha az sivri olduğundan dolayı iyonizasyon yerel bölgeden geçebilecek şekilde genişleyemeyebilir. İyonizasyon ve iletkenliğin olduğu bölgenin dışındaki yüklü parçacıklar yavaşça zıt yüklü objelere doğru yollarını bulurlar ve nötrleşirler.  

Eğer geometri ve gradyan, daha düşük potansiyeldeki başka bir iletkene ulaşana kadar büyümeye devam eden iyonize olmuş bölgedeyse, ikisi arasında elektrik arkıyla sonuçlanacak düşük dirençteki bir iletken yol oluşacaktır.

Korona deşarjı genellikle elektrotlar üzerindeki sivri köşeler, çıkıntı noktaları, metal yüzeyin köşeleri ya da küçük çaptaki teller gibi yüksek eğimli bölgelerde oluşur. Bu eğrilik arttıkça, bu noktalardaki potansiyel gradyan da havanın büzülmesi ve ilk olarak plasma haline geçmesiyle sonuçlanarak yükselecektir. Korona oluşumunu baskılamak amacıyla yüksek voltaj ekipmanları üzerindeki terminaller sık sık top ya da yumru ve yüksek voltajlı geçişlere sahip yalıtkanlara eklenen korona halkası gibi pürüzsüz büyük tellerle dizayn edilirler.

Koronalar pozitif ya da negatif olabilir. Bu durum yüksek eğimli elektrotlar üzerindeki voltajın polarizasyonuna bakarak kararlaştırılır. Eğer eğimli elektrot düz elektrota göre pozitifse, buna pozitif bir korona deriz. Eğer tam tersi düşünecek olursak, yani eğimli elektrot düz elektrota göre negatifse, buna negatif bir korona deriz. (Daha fazla detay için aşağıya bakın.) Pozitif ve negatif koronaların fiziği birbirinden oldukça farklıdır. Bu asimetri yalnızca elektronların standart sıcaklık ve basınçta dikkate değer derecede bir inelastik çarpışma yaptığı, elektronlar ve pozitif yüklü iyonlar arasındaki yük üzerinde bulunan büyük farklılığın bir sonucudur. 

Havadaki korona sürecine katılan iletkenler etrafındaki ozon üretimi koronaları düşünmek için önemli bir sebeptir. Negatif bir korona pozitif koronaya göre çok daha fazla ozon üretimi sağlamaktadır. 

1941 yılında Amerika'daki bir NIST labaratovarı. Enerjisini 1.05 milyon voltluk transformatörden alan iletkenlerin etrafındaki büyük korona deşarjı (beyaz) görülüyor.

Korona deşarjının uygulamaları

Korona deşarjının birçok ticari ve endüstriyel uygulaması vardır. 

• Düz bir yüzey üzerindeki sürtünmenin azaltılması
• Uçuş esnasında bir uçağın yüzeyindeki istenmeyen elektrik yüklerinin giderilmesi ve böylece aviyonik sistemlerin performansı üzerinde kontrolsüz elektrik deşarj darbelerinin zararlı etkisinden kaçınılması
• Ozon gazı üretimi
• Havuz suyunun sanizasyonunun sağlanması
• İklimlendirme sistemlerindeki havadan parçacıkların temizlenmesi (daha fazla bilgi için elektrostatik presipatöre bakınız)
• Atmosferden kimyasal böcek ilaçları, çözücüler ya da kimyasal silah maddeleri gibi istenmeyen uçucu organiklerin çıkarılması
  
• Baskı mürekkepleri ya da yazdırabilme kabileyetinin uyumluluğunu sağlamak için ıslanabilirlik ya da polimer filmlerin yüzey geriliminin geliştirilmesi
• Fotokopi
• Hava iyonizerleri
• Fotografik filmlerin sergilenmesi amacıyla Kirlian photography için foton üretimi
• EHD iticiler, kaldırıcılar ve diğer iyonik rüzgar cihazları
  
• Nitrojen lazerleri
• Doku kültürü için yüzey işleme (polistren)
  
• Bir kütle spektrometresinden sonraki analiz için gaz halinde bir numune veya bir iyon hareketlilik spektrometrisinin iyonizasyonu
  
• Bilgisayar çipleri için katı hal soğutma bileşenleri (katı hal fanlarına bakınız)