Диссертация (1097947), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Лазер ЛГН–215 применялся для настройки резонаторарубинового лазера. Выбор геометрии резонатора и режима накачки рубинового лазера позволилполучить модулированный лазерный сигнал с общей длительностью 400–500 мкс с временныминтервалом между пиками 10–16 мкс и при длительности пика 1 мкс.

С помощью объективовпучки лазеров расширялись до 4 см в диаметре и прозрачным клином делились на два:предметный и опорный. Предметный пучок через окна разрядной камеры (толщиной 20 мм),54выполненные из кварца высокого оптического качества, направлялся к зеркалу в предметномканале, отражался обратно и после совмещения с опорным пучком на клине попадал насобирающую линзу, куда приходил и опорный луч, отраженный от зеркала в опорном канале.Регистрация изменения во времени интерференционной картины осуществлялась с помощьюскоростной камеры ВФУ–1 в режиме фоторегистратора с полностью открытым объективом.Интерференционная картина разряда в установившемся режиме снималась видеокамерой. Длятеневой визуализации тлеющего и импульсного разряда перед ВФУ–1 размещаласьдлиннофокусная линза, которая фокусировала световой пучок на отверстие диафрагмыдиаметром 0.7 мм.

Смещение интерференционных полос на оси разряда во временирегистрировалось с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Перед катодом ФЭУразмещалась диафрагма со щелью, имеющей размер 0.34.5 мм2, так, что центринтерференционной картины совпадал с центром щели. Сигнал с ФЭУ записывался наосциллограф. Временное разрешение ФЭУ составляло 5 мкс. Максимальное смещениеинтерференционной полосы на оси разряда составляло 3.2–8 в долях ширины полосы.Погрешность в определении смещения полосы была в пределах 0.2 ширины полосы.Рис.35.Зависимостьпоступательнойтемпературы Tg, измеренной на оси разряда, отвремени на стадии его формирования при токе50 мА и давлении: 1 - p=9.5 Тор, 2 - p=7 Тор.Рис.36.

Распределение поступательнойтемпературы Tg/Tw (кривая 1) и плотности газаN/N0 (кривая 2) по сечению разрядной кюветыпри токе 50 мА. N0 - концентрация молекулпри давлении 9.5 Тор и Tw = 300 К.Типичная интерферограмма смещения интерференционных полос в положительномстолбе ТРПТ показана на рис.33. Фотографирование интерференционной картины при подсчетеинтерференционных полос давало информацию об изменении во времени распределенияпоступательной температуры и концентрации частиц газа по радиусу газоразрядной камеры.55Пример осциллограммы изменения порядка интерференции на оси разряда приведен на рис.34.Обработка результатов измерений смещений интерфенционных полос и интерферограммпроводилась с использованием зависимости величины рефракции от плотности газа пометодике, изложенной в [271,272,297,323,326,381,590,591,592].

Полная рефракция в газовомразряде в азоте n r равна сумме рефракций, обусловленных всеми компонентами газа молекулами, атомами и их ионами в основном и возбужденных состояниях, а такжеэлектронами [590]. В НТП в азоте при невысокой степени диссоциации и ионизации вкладами врефракцию электронов, атомов и атомарных ионов в основном и возбужденных состояниях вполную рефракцию можно пренебречь.

Это относится к молекулам и молекулярным ионам вколебательно- возбужденныхиэлектронно- возбужденных состояниях [601,602].Экспериментальные данные, полученные в импульсном, тлеющем и контрагированномразрядах постоянного тока методами оптической интерферометрии, являются величинами,усредненными по длине разрядной кюветы.На рис.35 приведены результаты измерений поступательной температуры молекул азотакак функции времени t p пребывания молекул в области разряда в азоте.

Характерные временаустановления стационарных значений поступательной температуры молекул азота в газовомразряде уменьшаются с увеличением давления. При давлении p=7–9 Тор характерное времяустановления температуры составляло 20–25 мс. Темп нагрева газа составляет, приблизительно,(2–4)104 К/с. С увеличением давления до 20 Тор время установления уменьшалосьприблизительно до 13–18 мс. На рис.24 (предыдущий параграф) и рис.36 приведены результатыизмеренийквазистационарныхзначенийпоступательнойтемпературы,отнесеннойктемпературе стенки Tg / TW , и концентрации молекул N , отнесенной к её значению N 0 ,вычисленному при измеренном давлении и температуре 300 К, в зависимости от радиусатрубки r в газовом разряде постоянного тока в диапазоне давлений от 7 Тор до 30 Тор. Нарис.24 также представлены зависимости Tg / TW от радиуса r , полученные в результате решениястационарного уравнения теплопроводности (штриховая линия 1, пунктирная линия 2 исплошная линия 3) с учетом температурной зависимости коэффициента теплопроводности в T виде    0   g  273 (для молекулярного азота  0 =2.326×10-4 Вт/смК,  =0.86 [606]).

Еслипредположить, что распределение источников мощности энерговыделения V  r   VT ( VT мощность энерговыделения на оси кюветы) не зависит от радиуса r и коэффициенттеплопроводности не зависит от поступательной температуры, то выражение, согласнокоторому рассчитана зависимость, представленная на рис.24 пунктирной линией 2 [308,590],имеет вид56Tg ( r )  Tw  1  ( r / R)2  .(1.2.0)Учет температурной зависимости коэффициента теплопроводности при равномерномраспределении источников мощности энерговыделения дает следующее решение уравнениятеплопроводности (линия 1) [308]1Tg ( r )  Tw  (1  1  ( r / R)2   (Tg / Tw ) 1  1)1. (1.2.1)Учёт различного характера радиальной зависимости поступательной температуры можетбыть осуществлён введением параметра z, определяемый экспериментальными условиями:  r z V  r   VT  1     .

(1.2.2)  R  В этом случае решение уравнения теплопроводности имеет вид11(0.25  ( r / R) z )Tg ( r )  TW  1  1  ( r / R) 2   (Tg / TW ) 1  1  . (1.2.3)2(0.25  1/ ( z  2) )Значение параметра z подбирается из условия наилучшего совпадения измеренного ирассчитанногопрофилейпоступательнойтемпературыгаза.Так,изсопоставленияэкспериментальных и расчетных распределений Tg / TW следует, что в диапазоне давлений от 7Тор до 30 Тор экспериментальные данные хорошо аппроксимируются расчетнымираспределениями при z =0.5. Эти распределения, как видно из рис.

24 и 36, слабо отличаются отпараболической зависимости, что хорошо согласуется с результатами измерений Tg / TW в[308,590] для давления p = 20 Тор.Рис.37……………………Рис.38…………………….Рис.39Рис.37. Интерферограмма - контрольный снимок, без импульсного разряда.Рис.38. Интерферограмма в установившемся режиме горения импульсного разряда вазоте при давлении 12 Тор и токе 1 А.Рис.39. Фотография горения импульсного разряда в азоте, полученная шлирен-методомпри давлении 12 Тор и токе 1 А.57Профили распределения поступательной температуры Tg и плотности N газа посечению кюветы, измеренные в ИТР в азоте при давлении 6 Тор, силе тока 0.5 А и временигорения разряда 0.1 – 0.5 с, получаются подобными измеренным в ТРПТ, (рис.24 и 36).С ростом давления ( p  10 Тор) и силы тока наблюдается отличие распределенийпоступательной температуры и плотности газа по сечению кюветы в ИТР от соответствующихраспределений в разряде постоянного тока.

Для обоих типов разряда режим горения становитсяконтрагированным. В разряде постоянного тока область видимого свечения в виде шнуралокализуется на оси разрядной кюветы, в то время как в ИТР шнур, как правило, располагаетсяв верхней части разрядной кюветы вблизи её стенки.На рис. 37 и 38, для сравнения, показана интерферограмма, соответствующаяневозмущенному газу в разрядной камере, находящемуся при комнатной температуре, иинтерферограмма, соответствующая импульсному тлеющему разряду. Ток в разряде равнялся 1А, напряжение на электродах составляло 400 В, и время горения разряда - 2.5 мс, давление газа- 12 Тор.Рис.40.Распределениепоступательнойтемпературы:1 - N/N0 по сечению разрядной камеры вимпульсном разряде в азоте при токе 1 А.2 - Tg/Tw и плотности газа;N0 - концентрация молекул при давлении 12Тор и температуре газа 300 К.На рис.39 представлен один из кадров, полученный шлирен - методом с двукратнымпрохождением луча через исследуемую плазму газового разряда.

Характеристики

Список файлов диссертации