Диссертация (Природа распространения фронта ионизации на начальных стадиях искрового разряда в инертных газах высокого давления при наличии сильного магнитного поля), страница 11

Тогда, из второго уравнениясистемы (1.7) вытекает, что электронная температура постоянна(),что не меняется до момента перехода лавины в плазменный стример, тогданачинает резко падать.Ионы в рассматриваемом приближении считаются неподвижными.Полное число ионов в лавине должно равняться полному числу электронов,но в головке лавины на ее оси плотность ионов мала по сравнению сплотностью электронов.Картина расширения лавины продолжается пока ее радиус меньшедебаевского радиуса электронов, и индуцированное поле Е1 пренебрежимомало по сравнению с внешним полем Е0. Радиальное давление, вызываемое2индуцированным полем E1 / 4, мало по сравнению с газокинетическимдавлением электронов nekTe.С момента t = t1кр поле Е1 уже удерживает электроны, и их свободнаядиффузия прекращается.

Начинаются движение ионов и амбиполярнаядиффузия, скорость которой вM /mраз меньше скорости электроннойдиффузии. Иными словами, расширение лавины практически прекращается.После образования плазменного стримера при экранировке поля вобласти, занятой плазмой, наступает третья стадия, сопровождающаясяохлаждением электронов, образованием неравновесной переохлажденнойплазмы.Далееследуютбыстраярекомбинацияивысвечиваниерекомбинационного излучения, порождающего новые лавины как перед, так64и позади (как анодо-, так и катодонаправленные) стримера.

Вновь рожденныелавины развиваются быстрее вследствие усиления поля в этих областях, чтоповторяется вплоть до перекрытия разрядного промежутка искровымканалом.Работа[78]посвященаизучениюкартиныпробоявоздухавнеоднородном поле. До полного формирования основного стримера могутпроизойти несколько разрядов. Из-за наличия приложенного поля пробойпроисходит в определенном порядке. Чтобы исследовать структуру пробоябыли использованы четыре плоско- точечных электрода. Для каждого тестана плоскость электродов была помещена крафт-бумага, и каждый разрядпробивает отверстие в бумаге. После каждого полного эксперимента набумаге с отверстиями рисовали концентрические окружности с интервалом 5мм (так чтобы все отверстия оказались внутри). Из анализа экспериментоввидно было, что все отверстия у плоских электродов принимают гауссов видраспределения. Эта форма пробоя в основном зависит от результирующегополя между внешним полем и полем пространственного заряда на головкелавины.В работе [79] на основе плазменно-волноводной модели электрическогопробоя газа рассматриваются основные процессы распространения стримерав стримерной камере после прекращения внешнего напряжения.

Модельанализирует временную зависимость стримерного излучения в указанныхусловиях. Oпределены скорость и временные масштабы процесса, такжеоценивается электронная плотность в плазме волновода, образованного доокончания внешнего напряжения.Вработе[80]представленыизмерениявремѐнформированияэлектронных лавинно-ионизованных разрядов, вызванных фокусированнымлучом миллиметровых волн частотой 110 ГГц в атмосферном воздухе. Разрядпроисходит в свободном объеме газа, без каких-либо близлежащихповерхностейилиобъектов.Измеренныевременаформированияэлектронной лавины, когда амплитуда падающего поля приближается к65предпробойному, равны ~0,1-2 мкс в диапазоне давлений 5-700 Торр.

Всочетании с измерениями предпробойного электрического поля, данныевремена формирования согласуются с законом подобия газового разряда.В работе [81] представлены данные по формированию поперечногонаносекундного разряда с различной конфигурацией поверхности катода приразличныхусловияхэксперимента.Обнаруженоформированиепериодической плазменной структуры в наносекундных разрядах с полымкатодом при средних давлениях газа. Выполнено исследование влияниявнешнего магнитного поля на периодические плазменные структуры.Построена численная модель формирования плазменных зарядовых структурв поперечных наносекундных разрядах в инертных газах.Положительныестримеры,порождаетфотоионизация, параметрыкоторой зависят от соотношения азота и кислорода.

В работе [82]исследованы стримеры в атмосфере азота с 20%, 0,2% и 0,01% кислорода и вчистом азоте, а также в чистом кислороде и аргоне. Стримеры в кислородетрудно измерить, поскольку они излучают значительно меньше света вдиапазоне чувствительности по сравнению с другими газами.Стримеры в чистом азоте и во всех смесях азота с кислородом в целомпохожи, но становятся несколько тоньше и разветвляются с уменьшениемсодержания кислорода.

В чистом азоте стримеры могут ветвиться так, чтоони напоминают перья. Эта особенность еще более выражена в чистомаргоне, примерно 102 остроконечных «волос» на 1 см3 пера при 200 мбар; этаплотность можно интерпретировать как плотность свободных электронов,создающих лавины в направлении стримера. Скорость стримера, такая же каки для аналогичного напряжения и давления во всех смесях азота и кислорода,а также в чистом азоте, в то время как концентрация кислорода исоответственно длины фотоионизации меняются более чем на пять порядков.Стримеры в аргоне имеют главным образом такую же скорость.

Наблюдаетсяподобие стримеров при различных давлениях во всех газах.66В работе [83] исследованы наносекундные разряды в воздухе придавлениях (750 - 5250) Торр. Разряд длительностью 1 и 5 нс создавалсяимпульсами напряжения 100 кВ и 200 кВ соответственно. Процесс развитияразряда снимали высокоскоростной камерой. Наличие высокоэнергетических«убегающих»электроннойэлектроновбыласпектроскопией.подтвержденаОбсуждаетсярольрентгеноскопиейиэтихвэлектроновинициировании разряда.Всплески жесткого излучения (или рентгеновского излучения) отдлинных искровых разрядов в воздухе, генерируемого в лабораториивысокого напряжения исследованы экспериментально в работе [84].Исследование сосредоточено на ранней стадии развития искры, гдеобразуются каналы стримеров.

Эмиссия вспышек рентгеновского излученияпроисходит только в начале фазы формирования искры, поэтому следующиепереходные стадии подробно не рассмотрены.Вработе[85]экспериментальноитеоретическиисследованообразование плазменного сгустка аргона.

Эксперименты проводили вцилиндрическом сосуде, расположенного в системе теневого прибора припостоянном объеме и постоянном давлении. Энергия плазмы подается отсистемы зажигания с помощью двух электродов, расположенных в сосуде.Эксперименты были проведены с двумя различными энергиями искры, чтобыизучить влияние входной энергии на рост сгустка и его свойств. Чтобыпредсказатьэкспериментальныеданные,быларазработанатермодинамическая модель с использованием баланса массы и энергии.Результаты экспериментов очень хорошо согласуются с предсказанноймоделью.

Исследованы влияние различных параметров, таких как начальнаятемпература, начальный радиус сгустка, и потери энергии на излучение исделан вывод, что начальные условия очень сильно влияют на формированиеи расширение сгустка.В работе [86] рассматриваются проблемы моделирования разрядныхпараметроввтрехрежимах:диффузионном,контрагированном,67контрагированно-стратифицированном. Дается количественное описаниегистерезисногопереходамеждудиффузионнымиконтрагированно-стратифицированным режимами (при увеличении разрядного тока) иобратном (при уменьшении тока), а также переход при дальнейшемувеличении тока из контрагированно-стратифицированного режима вконтрагированный. Впервые удалось получить в численной моделиконтрагированно-стратифицированный режим.В работе [87] проанализированы основные виды неоднородностей,образующихсявобъемномсамостоятельномразряде,рассмотренывозможные механизмы и условия подавления их развития.

Получен иисследован предельно однородный объемный самостоятельный разряд вгазовых смесях СО2 :N2 :He, в котором отсутствуют локальные плазменныенеоднородности.В работе [88] при программированном воздействии для разных длинволн сантиметрового диапазона изучены зависимости пробойного значенияполя от давления и длительностиимпульса напряжения. Механизмконтракции диффузионного режима разряда связывается с механизмомионизационно-перегревноймодернизировананеустойчивости,применительнокоднороднойтеорияплазме.которойЧисленноемоделирование начальной стадии формирования разряда высокого давлениясвидетельствуют в пользу стримерной природы его распространения.Вработе[89]экспериментальноисследованыэлектрические,пространственно-временные и спектральные характеристики импульсногообъемного разряда (ОР) в Не атмосферного давления в режиме однородногогорения, в режиме перехода ОР в искровой канал и при переходе ОР всильноточный диффузный режим (СДР).

Показано, что при перенапряжениях(более 300 %) формируется СДР с плотностью тока 102—103 А/см2,концентрацией электронов ~1016 см-3 и температурой 1—2 эВ.В работе [90] экспериментально и численным моделированиемпроведены исследования для определения электрических характеристик и68анализа динамики и устойчивости возбуждения аргона микро-размернойструи плазмы при атмосферном давлении.Экспериментальныеисследованиядополненыфазоразрешеннымоптическим излучением спектроскопическими измерениями трех выбранныхлиний аргона.