ในแม่เหล็กไฟฟ้าการปล่อยประจุแบบสตรีมเมอร์หรือที่เรียกว่าการปล่อยประจุแบบเส้นใย เป็นการ ปล่อยประจุไฟฟ้าชั่วคราวชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นที่ผิวของขั้วไฟฟ้า ตัวนำที่มี แรงดันสูงในตัวกลางฉนวนเช่น อากาศ สตรีมเมอร์เป็นประกายไฟที่สว่างไสว บิดตัว และแตกแขนงออกไป เป็น ช่อง พลาสมาที่ประกอบด้วย โมเลกุลอากาศ ที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งพุ่งออกมาจากขั้วไฟฟ้าสู่อากาศซ้ำๆ

เช่นเดียวกับการปล่อยประจุโคโรนาและการปล่อยประจุแบบแปรงถ่าน การปล่อยประจุแบบสตรีมเมอร์แสดงถึงบริเวณรอบตัวนำ ไฟฟ้าแรงสูง ที่อากาศเกิดการแตกตัวทางไฟฟ้าและกลายเป็นตัวนำ ( แตกตัวเป็นไอออน ) ดังนั้นประจุไฟฟ้าจึงรั่วไหลออกจากขั้วไฟฟ้าเข้าสู่อากาศ แต่ขั้วไฟฟ้าที่มีขั้วตรงข้ามอยู่ไม่ใกล้พอที่จะสร้างประกายไฟระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสอง การปล่อยประจุแบบนี้เกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าที่ผิวของตัวนำเกินค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของอากาศ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 30 กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร เมื่อสนามไฟฟ้าที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ถึงเกณฑ์นี้อิเล็กตรอน ที่เร่งความเร็วจะพุ่ง ชนโมเลกุลของอากาศด้วยพลังงานมากพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนอื่นๆ หลุดออกไป ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน และอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจะไปพุ่งชนโมเลกุลอื่นๆ ต่อไปในปฏิกิริยาลูกโซ่การเกิดอิเล็กตรอนถล่ม ( การปล่อยประจุแบบทาวน์เซนด์ ) เหล่านี้สร้างบริเวณที่เป็นไอออนและนำไฟฟ้าได้ในอากาศใกล้กับขั้วไฟฟ้าประจุในอวกาศที่เกิดจากการเกิดอิเล็กตรอนถล่มทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเพิ่มเติม ทำให้บริเวณที่เป็นไอออนขยายตัวที่ปลายทั้งสองข้าง ก่อตัวเป็นการปล่อยประจุคล้ายนิ้วมือที่เรียกว่าสตรีมเมอร์

สตรีมเมอร์เป็นปรากฏการณ์ชั่วคราว (มีอยู่เพียงช่วงเวลาสั้นๆ) และมีลักษณะเป็นเส้นใย ซึ่งทำให้แตกต่างจากการปล่อยประจุโคโรนาสตรีมเมอร์ถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ เช่น การผลิตโอโซน การฟอกอากาศ หรือการแพทย์พลาสมา หากสตรีมเมอร์ไปถึงตัวนำที่มีขั้วตรงข้าม มันจะสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าที่มีประจุไอออน ซึ่งกระแสไฟฟ้าปริมาณมากสามารถไหลผ่านได้ ปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดประกายไฟนี่คือกระบวนการที่ตัวนำฟ้าผ่า สร้างเส้นทางสำหรับฟ้าผ่า สตรีมเมอร์ยังสามารถสังเกตเห็นได้ในรูปของสไปรต์ในชั้นบรรยากาศเบื้องบน เนื่องจากความดันต่ำ สไปรต์จึงมีขนาดใหญ่กว่าสตรีมเมอร์มากที่ความดันระดับพื้นดิน โปรดดูหลักเกณฑ์ความคล้ายคลึงกันด้านล่าง

ทฤษฎีการปล่อยกระแสไฟฟ้าแบบสตรีมเมอร์นั้นมีมาก่อนโดยทฤษฎีการปล่อยกระแสไฟฟ้าของJohn Sealy Townsend ^{[ 1 ]} จากราวปี 1900 อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าทฤษฎีนี้บางครั้งไม่สอดคล้องกับการสังเกต โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่ยาวกว่าหรือมีความดันสูงกว่า ในปี 1939 Loeb ^{[ 2 ] [ 3 ]} และRaether ^{[ 4 ]} ได้อธิบายการปล่อยกระแสไฟฟ้าชนิดใหม่โดยอิสระจากกัน โดยอิงจากการสังเกตเชิงทดลองของพวกเขา ไม่นานหลังจากนั้น ในปี 1940 Meek ได้นำเสนอทฤษฎีการปล่อยประกายไฟ [ ^{5 ] ซึ่ง} อธิบายการก่อตัวของสตรีมเมอร์ที่แพร่กระจายเองในเชิงปริมาณ ทฤษฎีการปล่อยกระแสไฟฟ้าแบบสตรีมเมอร์ใหม่นี้สามารถอธิบายการสังเกตเชิงทดลองได้อย่างประสบความสำเร็จ

สตรีมเมอร์ถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การสร้างโอโซน การฟอกอากาศ และการเผาไหม้โดยใช้พลาสมา คุณสมบัติที่สำคัญคือพลาสมาที่พวกมันสร้างขึ้นนั้นไม่สมดุลอย่างมาก กล่าวคือ อิเล็กตรอนมีพลังงานสูงกว่าไอออนมาก ดังนั้น ปฏิกิริยาเคมีจึงสามารถเกิดขึ้นได้ในก๊าซโดยไม่ต้องให้ความร้อน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการแพทย์พลาสมา โดยที่ "กระสุนพลาสมา" หรือสตรีมเมอร์แบบนำทาง^{[ 6 ]}สามารถใช้ในการรักษาบาดแผลได้^{[ 7 ]}แม้ว่าสิ่งนี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนการทดลอง

กระแสไฟฟ้าพุ่งขึ้น (Streamer) สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อสนามไฟฟ้าแรงสูงถูกนำไปใช้กับวัสดุฉนวน ซึ่งโดยทั่วไปคือก๊าซ กระแสไฟฟ้าพุ่งขึ้นจะเกิดขึ้นได้เฉพาะในบริเวณที่สนามไฟฟ้าเกินค่าความแรงของฉนวน (สนามพังทลาย สนามรบกวน) ของตัวกลาง สำหรับอากาศที่ความดันบรรยากาศ ค่านี้จะอยู่ที่ประมาณ 30 กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร สนามไฟฟ้าจะเร่งอิเล็กตรอนและไอออน จำนวนเล็กน้อย ที่มีอยู่ในอากาศเสมอ อันเนื่องมาจากกระบวนการทางธรรมชาติ เช่นรังสีคอสมิกการสลายตัวของกัมมันตรังสีหรือการแตกตัวเป็นไอออนด้วยแสงไอออนมีน้ำหนักมากกว่ามาก ดังนั้นจึงเคลื่อนที่ช้ามากเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอน ขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง พวกมันจะชนกับโมเลกุลหรืออะตอมที่เป็นกลาง การชนที่สำคัญ ได้แก่:

• การชนแบบยืดหยุ่นซึ่งเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
• การกระตุ้น คือสภาวะที่อนุภาคที่เป็นกลางถูกกระตุ้น และอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานที่สอดคล้องกัน
• การแตกตัวเป็นไอออนจากการชนคือกระบวนการที่อนุภาคที่เป็นกลางกลายเป็นไอออน โดยอิเล็กตรอนที่พุ่งชนจะสูญเสียพลังงานไป
• การจับตัวกันคือกระบวนการที่อิเล็กตรอนจับกับอนุภาคที่เป็นกลางเพื่อสร้างไอออนลบ

เมื่อสนามไฟฟ้าเข้าใกล้สนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัว อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานมากพอระหว่างการชนกันเพื่อทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมในแก๊ส โดยการผลักอิเล็กตรอนออกจากอะตอม ที่สนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัว จะเกิดความสมดุลระหว่างการสร้างอิเล็กตรอนใหม่ (เนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออนจากการชน) และการสูญเสียอิเล็กตรอน (เนื่องจากการเกาะติด) เหนือสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัว จำนวนอิเล็กตรอนจะเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และ เกิดปรากฏการณ์ อิเล็กตรอนถล่ม ( ปรากฏการณ์ทาวน์เซนด์ )

การเกิดอิเล็กตรอนถล่มจะทิ้งไอออนบวกไว้ ทำให้เมื่อเวลาผ่านไป ประจุไฟฟ้า จะสะสม มากขึ้นเรื่อยๆ(แน่นอนว่าไอออนจะเคลื่อนที่ออกไปเมื่อเวลาผ่านไป แต่กระบวนการนี้ค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับการเกิดอิเล็กตรอนถล่ม เนื่องจากไอออนหนักกว่าอิเล็กตรอนมาก) ในที่สุด สนามไฟฟ้าจากประจุไฟฟ้าทั้งหมดจะเทียบเท่ากับสนามไฟฟ้าพื้นหลัง ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "การเปลี่ยนผ่านจากอิเล็กตรอนถล่มไปเป็นกระแสไฟฟ้า" ในบางบริเวณ สนามไฟฟ้ารวมจะน้อยลงกว่าเดิม แต่ในบางบริเวณ สนามไฟฟ้าจะมากขึ้น ซึ่งเรียกว่าการเพิ่มขึ้นของสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนถล่มใหม่ๆ ส่วนใหญ่จะเติบโตในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าสูง ดังนั้นโครงสร้างที่แพร่กระจายได้เองจึงสามารถเกิดขึ้นได้ นั่นคือ กระแสไฟฟ้า

ใน วงจร ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าที่มีแรงดันบวกและลบนั้นมีลักษณะและรูปแบบที่แตกต่างกัน โดยเกิดจากกลไกทางฟิสิกส์ที่ต่างกัน

สตรีมเมอร์ประจุลบจะแพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามไฟฟ้า กล่าวคือ ในทิศทางเดียวกับความเร็วลอยตัวของ อิเล็กตรอน ส่วนสตรีมเมอร์ประจุบวกจะแพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้าม ในทั้งสองกรณี ช่องทางของสตรีมเมอร์จะเป็นกลางทางไฟฟ้า และถูกปกคลุมด้วยชั้นประจุอวกาศบางๆ ซึ่งนำไปสู่สนามไฟฟ้าที่เข้มข้นขึ้นที่ปลายช่องทาง หรือ "หัว" ของสตรีมเมอร์ ทั้งสตรีมเมอร์ประจุบวกและประจุลบเติบโตโดยการแตกตัวเป็นไอออนจากการชนในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าสูงนี้ แต่แหล่งกำเนิดของอิเล็กตรอนนั้นแตกต่างกันมาก

สำหรับกระแสไฟฟ้าประจุลบ อิเล็กตรอนอิสระจะถูกเร่งความเร็วจากช่องทางไปยังบริเวณส่วนหัว แต่สำหรับกระแสไฟฟ้าประจุบวก อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้ต้องมาจากที่ไกลกว่า เนื่องจากพวกมันเร่งความเร็วเข้าไปในช่องทางของกระแสไฟฟ้า ดังนั้น กระแสไฟฟ้าประจุลบจึงเติบโตในลักษณะที่กระจายตัวมากกว่ากระแสไฟฟ้าประจุบวก เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่กระจายตัวมีการเสริมสนามไฟฟ้าน้อยกว่า กระแสไฟฟ้าประจุลบจึงต้องการสนามไฟฟ้าที่สูงกว่ากระแสไฟฟ้าประจุบวก ดังนั้น ในธรรมชาติและในการใช้งาน กระแสไฟฟ้าประจุบวกจึงพบได้บ่อยกว่ามาก

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ สตรีมเมอร์บวกต้องการแหล่งอิเล็กตรอนอิสระสำหรับการแพร่กระจาย ในหลายกรณี เชื่อกันว่า โฟโต ไอออนไนเซชัน เป็นแหล่งนี้^{[ 8 ]}ในส่วนผสมก๊าซไนโตรเจน-ออกซิเจนที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนสูง ไนโตรเจนที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยโฟตอน UV ซึ่งจะทำให้เกิดไอออนไนเซชันของออกซิเจนในภายหลัง^{[ 9 ]}อย่างไรก็ตาม ในไนโตรเจนบริสุทธิ์หรือในไนโตรเจนที่มีส่วนผสมของออกซิเจนเล็กน้อย กลไกการผลิตโฟตอนที่เด่นกว่าคือกระบวนการเบร็มส์สตรัลลุง^{[ 10 ]}

ตามหลักแล้ว สตรีมเมอร์ไฟฟ้าคือแนวหน้าการแตกตัวเป็นไอออนในรูปทรงของเส้นใยที่กำลังเติบโต เราอาจระบุชุดพารามิเตอร์ที่บ่งบอกลักษณะของแนวหน้าที่มีรูปร่างเฉพาะนี้ได้ อย่างน้อยก็โดยประมาณ เช่น ความเร็วของการเติบโต รัศมีของหัว เป็นต้น รวมถึงกฎทางฟิสิกส์ (สมการ) ที่เชื่อมโยงพารามิเตอร์เหล่านี้เข้าด้วยกัน ในทฤษฎีหนึ่งของสตรีมเมอร์ไฟฟ้าในอากาศ^{[ 11 ]}สตรีมเมอร์จะ "เลือก" ความเร็วสูงสุดที่มีอยู่ (โดยพารามิเตอร์อื่นๆ จะถูกกำหนดอย่างเฉพาะเจาะจงโดยกฎดังกล่าว) คล้ายกับวิธีที่ความไม่เสถียรเชิงเส้น เช่น ในพลาสมา จะ "เลือก" ความยาวคลื่นที่ให้การเติบโตเร็วที่สุด แนวทางนี้ให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับความเร็วสตรีมเมอร์บวกและเกณฑ์สตรีมเมอร์ลบ^{[ 12 ]}เช่นเดียวกับผลลัพธ์จากการจำลองโดยการแก้สมการไฮโดรไดนามิกโดยตรง^{[ 11 ]}

กระบวนการส่วนใหญ่ในการปล่อยประจุแบบสตรีมเมอร์เป็นกระบวนการแบบสองอนุภาค โดยที่อิเล็กตรอนชนกับโมเลกุลที่เป็นกลาง ตัวอย่างที่สำคัญคือการแตกตัวเป็นไอออนจากการชนซึ่งอิเล็กตรอนทำให้โมเลกุลที่เป็นกลางแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นระยะทางเฉลี่ยอิสระจึงแปรผกผันกับความหนาแน่นของจำนวน ก๊าซ หากสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นตามความหนาแน่นของจำนวนก๊าซ อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานเฉลี่ยเท่ากันระหว่างการชนกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากอัตราส่วนระหว่างสนามไฟฟ้าและความหนาแน่นของจำนวนคงที่ เราคาดว่าจะได้พลวัตที่คล้ายคลึงกัน ความยาวโดยทั่วไปจะแปรผันตามเนื่องจากมีความสัมพันธ์กับระยะทางเฉลี่ยอิสระ ${\displaystyle E}$${\displaystyle N}$${\displaystyle 1/N}$

สิ่งนี้ยังเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดหน่วยทาวน์เซนด์ซึ่งเป็นหน่วยทางกายภาพของอัตราส่วนอีก ด้วย${\displaystyle E/N}$

มีการสังเกตว่าการปล่อยประจุในการทดลองในห้องปฏิบัติการจะปล่อยรังสีเอ็กซ์^{[ 13 ]}และการปล่อยประจุจากฟ้าผ่าจะปล่อยรังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมาภาคพื้นดินซึ่งเป็นกลุ่มของโฟตอนที่มีพลังงานสูงถึง 40 MeV ^{[ 14 ]}โฟตอนเหล่านี้ถูกผลิตขึ้นโดยอิเล็กตรอนที่หลุดออกไปซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่เอาชนะ แรง เสียดทานได้ ผ่านกระบวนการเบร็มส์สตรัลลุง^{[ 15 ]}อย่างไรก็ตาม ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าอิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานสูงเช่นนี้ได้อย่างไรตั้งแต่แรก เนื่องจากพวกมันชนกับโมเลกุลของอากาศอย่างต่อเนื่องและสูญเสียพลังงาน คำอธิบายที่เป็นไปได้คือการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนในสนามไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของปลายสตรีมเมอร์^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม ยังไม่แน่ชัดว่ากระบวนการนี้สามารถอธิบายอัตราการผลิตที่สูงเพียงพอได้จริงหรือไม่^{[ 17 ]}เมื่อเร็วๆ นี้ มีการเสนอว่าอากาศโดยรอบถูกรบกวนในบริเวณใกล้เคียงกับการปล่อยประจุสตรีมเมอร์ และการรบกวนนี้ช่วยอำนวยความสะดวกในการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนเข้าสู่ระบอบการหนี^{[ 18 ] [ 19 ]}

คลื่นความดันและคลื่นกระแทกที่ปล่อยออกมาจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสามารถรบกวนอากาศในบริเวณใกล้เคียงได้มากถึง 80% ^{[ 20 ] [ 21 ]}อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มีผลกระทบโดยตรงต่อการเคลื่อนที่และคุณสมบัติของการปล่อยประจุสตรีมเมอร์ทุติยภูมิในอากาศที่ถูกรบกวน: ขึ้นอยู่กับทิศทาง (สัมพันธ์กับสนามไฟฟ้าโดยรอบ) การรบกวนของอากาศจะเปลี่ยนความเร็วของการปล่อยประจุ อำนวยความสะดวกในการแตกแขนง หรือกระตุ้นการเริ่มต้นของการปล่อยประจุย้อนกลับโดยธรรมชาติ^{[ 22 ]}การจำลองล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการรบกวนดังกล่าวสามารถอำนวยความสะดวกในการผลิตรังสีเอกซ์ (ที่มีพลังงานหลายสิบ keV) จากการปล่อยประจุสตรีมเมอร์ดังกล่าว ซึ่งผลิตโดยอิเล็กตรอนที่หลุดออกไปผ่านกระบวนการเบร็มส์สตรัลลุง^{[ 23 ]}

• การปล่อยประจุไฟฟ้า
• สไปรท์ (สายฟ้า)
• การปล่อยประจุโคโรนา
• ทาวน์เซนด์ปล่อยตัว
• การทำลายหิมะถล่ม