Диссертация (Природа распространения фронта ионизации на начальных стадиях искрового разряда в инертных газах высокого давления при наличии сильного магнитного поля), страница 13

Сигнал с пояса Роговского подавался на пластиныосциллографа ОК - 21. Временное разрешение, при использовании даннойметодики измерения тока, составляло 7 нс.Осциллограммытокаинапряженияснималисьнавысокочувствительную (1000 - 3000 ед.

ГОСТа 0,85) аэрофотопленку«изопанхром» (тип 29) и на пленку РФ - 3.Погрешность измерения высокого напряжения оценивалась по формуле( )где√( )(2.2)- отклонение луча осциллографа при напряжениикалибровочное напряжение,,-- коэффициент деления делителя R3, R4,( )-значение измеряемого напряжения на осциллограмме. Максимальнаяпогрешность в измерении напряжения( )Оценкамаксимальнойпогрешностивизмерениитокаразряда,производилась по известному выражению для тока, измеренного поясомРоговского( )где( )√( )(2.3)( ) - величина отклонения луча осциллографа. Максимальнаяпогрешность при измерении тока составляетПадение напряжения на разрядном промежутке будет равно75( )где( )( )( )- индуктивность электродов,( )( )( ),(2.4)- индуктивность столба разряда.Индуктивность электродов составляла 1,2·10-7 Гн, а максимальное значение10-9 Гн и~ 10-2 Гн/с.

Таким образом, определяя сопротивление столбаразряда последними двумя членами из выражения (2.4) можно пренебречь,т.е.( )( )( )(2.5)( )По известному сопротивлению и току определялись мощность и энергия,в вводимые в разряд( )( )( ) ( )∫( )(2.6)Плотность тока разряда и концентрация электронов рассчитывались поизвестному сечению и току разряда.Приопределенныхусловияхэлектроннаятемператураплазмыопределяется по известной формуле Спитцера [92](где)- электронная температура в градусах К,(2.7)- кулоновский логарифм,который обычно принимают равным 10 – 15, - заряд иона.

По известномусопротивлению искрового канала рассчитывалась проводимость плазмы.Формула Спитцера (2.7) используется тогда, если частота электрон ионных столкновений гораздо больше частоты электрон - атомныхсоударений.При сопоставлении формул для частот различных соударений [93]()()76()находим, что выражение (2.7) справедливо при(где)(2.8)– сечение упругого соударения электрона с атомом,- концентрацияэлектронов. При вычислении температуры через проводимость максимальнаяпогрешность равна 30%.Концентрация затравочных электронов, которые возникают послефотоионизации газового промежутка, определялась по измеренному току вцепи, когда напряжение на промежутке постоянно (100 - 500 В).

Разрядныйток определяется по осциллограмме напряжения, снимаемой с сопротивления(1-10 кОм), который последовательно соединен с промежутком.Затем после вспышки УФ излучения ток в цепи течет за время10-5 с, а с другой стороны переходные процессы длятся в течениевремени10-7 с ( - емкость промежутка). Таким образом,и ток в цепи соответствовал концентрации электронов приходящих на анод.На основании этих измерений был сделан вывод о том, что впромежутке создается концентрация начальных электронов107 см-3.§ 2.3.Получение и измерение импульсных магнитных полей.Конструкция соленоида и разрядной камерыПараметры системы емкостной накопитель - соленоид подбирались потребованиям, предъявляемым к величине и характерному периоду изменениямагнитного поля, т.е.

период колебания поля должен быть гораздо большепродолжительности исследуемых этапов пробоя промежутка. Существенноевлияние на плазму, относительно величины напряженности магнитного поля,оказывается при выполнении условияэлектрона с атомами,частоты получим(- частота соударений- ларморовская частота электрона). Сравнивая77Конструкция и тип соленоида подбирались, исходя из требований квеличине магнитного поля, механической прочности, простоты конструкции.Рис. 2.2. Генератор импульсных токов для питания соленоида.На рис. 2.2 приведена электрическую схему генератора импульсныхтоков для питания соленоида. Через сопротивление R13 (300 кОм) заряжаетсябатарея конденсаторовобщей емкостью 1800 мкФ и индуктивностью5∙10-8 Гн с рабочим напряжением 5 кВ. При срабатывании разрядника S4емкость С0 начинает разряжаться через соленоид.

Поджиг разрядника S4осуществлялся подачей высоковольтного импульса напряжением 8 кВ скатодной цепи тиратрона Л2 типа ТГИ 2 - 400/16, который запускался отгенератора задержанных импульсов ГИ - 1. Этим же генератором стребуемой задержкой запускались и остальные схемы установки.78Рис. 2.3. Вакуумный коммутирующий разрядник:1 - стягивающие болты, 2, 4 - электроды, 3 - изолирующее кольцо, 5 - текстолитовыевтулки, 6 - прижимные гайки, 7 - резиновая прокладка, 8 - поджигающий электрод, 9 фарфоровая трубка, 10 - уплотнительная гайка, 11 - штуцер, 12 - прокладка.К коммутатору S4 предъявляются следующие требования: стабильностьсрабатывания, достаточный диапазон пропускания по току (токи в цеписоставляли десятки кА), высокий ресурс и т.д.Перечисленнымвышетребованиямсоответствуютвакуумныеразрядники [94]. Более того вакуумным разрядникам характерны дваочевидных преимущества относительно обычных искровых коммутаторов:меньшая плотность тока и малая индуктивность.Разрядник, используемый в наших экспериментах (рис.

2.3) былизготовлен из двух стальных дисков - электродов 2 и 4, которыеизолировались друг от друга кольцом из оргстекла 3 с резиновымипрокладками 12. Толщина кольца изоляции составляла 0,7 см. Оптимальноерабочее давление в разряднике, которое создается откачкой, через штуцер 11составляло 0,06 - 0,08 Торр. Подавая на электрод 8 импульс поджига,79пробивается промежуток электрод - нижний диск, после чего срабатывает исам разрядник. Рабочая поверхность дисков - электродов 2 и 4 S=160 см2.Электрод 8 на эпоксидной смоле сажался в фарфоровую трубку 9, котораяплотно входила в диск, и закреплялся с помощью уплотнительных гаек 10 ирезиновой прокладки 7.

Оба диска стягивались болтами 1, изолированных отдисков текстолитовыми втулками 5. Токоведущие шины прижимались кдискам гайками 6.Данныйконденсатореразрядник,стабильноработаетпринапряжениинадо 5 кВ и выдерживает не менее 300 включений, после чегонеобходимо чистить внутреннюю поверхность разрядника.Соленоидпредставлялсобой(рис.2.4)цельнометаллическуюконструкцию из бериллиевой бронзы Бр. Б2 [95] с числом витков 33,внутренним диаметром 8 мм, индуктивностью5·10-6 Гн. Регистрацияизлучения разряда осуществлялась через боковые отверстия 5 в центральномвитке (толщиной 1 см).

Толщина витков 0,2 см, межвитковой текстолитовойизоляции 0,15 - 0,2 см. Соленоид в собранном виде помещался в стальнойбандаж 4 с толщиной стенок 0,4 см.Рис. 2.4. Соленоид:1 - витки, 2 - изолирующая текстолитовая прокладка, 3- изолятор,4 - стальной корпус, 5 - боковые отверстия.Получая импульсные магнитные поля, в ограниченных объемахсоленоидов наблюдаются эффекты, вызванные диффузией магнитного поля в80проводник с конечной проводимостью. Она способствует джоулеву нагревупроводника, а повышение температуры проводника, приводит к уменьшениюпроводимости.Для различных проводников пороговое значение напряженностимагнитного поля различное.

При достижении этого значения, нелинейныепроцессы диссипации энергии магнитного поля начинают играть заметнуюроль. Для бериллиевой бронзы это значение составляет 740 кЭ [96]. А вэкспериментах максимальное значение напряженности250 кЭ. Поэтомуэффекты, связанные с нелинейностью сказываться не будут.Период магнитного поля составляет√мкс, в товремя как длительность исследуемой стадии пробоя равна 1 мкс.

При такихусловиях, магнитное поле в течение длительности исследуемой стадиипробоя можно считать постоянным.Синхронизация разряда с магнитным полем осуществлялась так, чтобывремени пробоя соответствовало максимальному значению напряженностимагнитного поля.На рис. 2.5 приведена осциллограмма магнитного поля с меткойсоответствующей пробойному импульсу напряжения.Рис. 2.5. Осциллограмма импульса магнитного поля с меткой соответствующейпробойному импульсу.Миниатюрный индукционный датчик измерял импульсные магнитныеполя.

Этот датчик - катушка, намотанная (10 витков) на фарфоровую трубку,диаметр которой 0,15 см. Провод выбирался, возможно, малого диаметра81(0,01 см) и имел шелковую изоляцию, длина намотки 0,1- 0,2 см.Датчик крепился к фарфоровой трубке и помещался на оси промежутка.Сигнал с катушки поступал на пассивную интегрирующую RС - цепочку (рис.3·10-2 с2.2) с постоянной времени6·10-4 с.