Автореферат (1104505)
Текст из файла
1На правах рукописиАль-Харети Фаваз Мохаммед АлиПРИРОДА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ФРОНТА ИОНИЗАЦИИНА НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ ИСКРОВОГО РАЗРЯДА ВИНЕРТНЫХ ГАЗАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИНАЛИЧИИ СИЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ01.04.08. – Физика плазмыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМахачкала 20162Работа выполнена на кафедре физической электроники ФГБОУ ВО«Дагестанский государственный университет»Научный руководитель:доктор физико-математическихпрофессор Омаров Омар Алиевичнаук,Официальныеоппоненты:Кудреватова Ольга Владимировна доктор физико-математических наук,профессор, главный научный сотрудникФГУП"Всероссийскийэлектротехнический институт им.
В.И.Ленина"Гаджиев Махач Хайрудиновичкандидат физико-математических наук,доцент,заведующийлабораториейплазменных энергетических установокФГБУН«Объединенныйинститутвысоких температур РАН»Ведущая организация:Федеральноегосударственноебюджетное учреждение науки «Институтобщей физики им. А.М. Прохорова»Российской академии наукЗащита состоится «__» __________ 20__ года в __-__ на заседаниидиссертационногосоветаД 501.001.66набазеМосковскогогосударственного университета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991,Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Физический факультет МГУ, ауд.
___.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имениМ.В.Ломоносова и на сайте phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-66/Автореферат разослан «…. » ___________ 2016 годаУченый секретарьдиссертационного совета,к.ф.-м.н.Карташов И.Н.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследований. Интерес к экспериментальному итеоретическому исследованию разрядов в плотных газах связан с ихшироким использованием при создании мощных газовых лазеров,источников оптического излучения, плазменных генераторов, и др.технических приложениях сильноточной электроники. Разряд в газахвысокого давления делится на следующие стадии:лавинно-плазменные начальные стадии; формирование и развитиеискрового канала; переход к квазистационарной дуге и еѐ горение.
Все онивзаимосвязаны между собой. Но вместе с тем они сильно отличаются потаким параметрам, как время развития, динамика оптического излучения,концентрация и температура электронов, а так же по энерговкладам.Начальные стадии имеют длительность от десятков до сотен наносекунд иимеют нерегулярную структуру со слабым свечением, затрудняющим ихдиагностику. Эти трудности не позволяли долгое время проводить детальноеизучение начальных стадий электрического пробоя газов высокого давления,что, в свою очередь, тормозило создание единой теории пробоя.С другой стороны, газоразрядная плазма обладает ярко выраженнымианизотропными свойствами по отношению к магнитному полю.Магнитное поле влияет на параметры газового разряда, только начинаяс определенной напряженности Нкр, называемой критической.
Этанапряженность определяется исходя из неравенствагде–радиус Ларморовой орбиты, - длина свободного пробега электронов.Изучение искрового разряда во внешнем критическом магнитном полепозволяет выяснить физику развития элементарных процессов на всехстадиях пробоя газов.Для различных давлений газов Нкр. будет различно согласносоотношениямгде m - масса электрона, v - скорость электронов, направленная под углом ксиловым линиям магнитного поля, (это скорость порядка дрейфовой), е заряд электрона.В связи с этим представляет интерес исследование влияния магнитногополя на развитие разряда в двух предельных случаях: 1) при проникновениимагнитного поля в плазму стримера, когда градиент магнитного поля награнице плазма - нейтральный газ отсутствует; 2) когда магнитное полевытесняется в результате расширения искрового канала и градиентмагнитногодавлениястановитсясоизмеримымсградиентомгазокинетического давления.В первом случае влияние магнитного поля на развитие разрядазаключается в ограничении коэффициентов поперечного переноса частиц иэнергии.
Во втором случае воздействие магнитного поля на развитие пробоясводится к возникновению силы, препятствующей поперечному4(радиальному) развитию плазмы. Последнее характерно для взрывныхпроцессов, когда скорость расширения плазменной области поперекмагнитного поля больше скорости проникновения поля в плазму.Прогресс в развитии перечисленных выше областей науки и техники вомногом определяется знанием характеристик пробоя газов высокогодавления. Для этого необходимо дальнейшее тщательное изучениесовременными экспериментальными методами физики как начальной, так иканалово-дуговых стадий пробоя.
Изучение начальных стадий искровогоразряда определяет актуальность исследований, проведенных в настоящейдиссертационной работе.Цель и задача диссертационной работы. Целью диссертационнойработы является экспериментальное исследование влияния сильноговнешнего продольного магнитного поля на начальную стадию искры,которая является наименее изученной стадией, но играющейосновополагающую роль для создания теории пробоя газов высокогодавления.
А так же для построения источника когерентного излучения сиспользованием лавинно-плазменных стадий разряда.Задачи исследования:1. Исследование влияния сильного внешнего продольного магнитногополя на временные характеристики (время формирования, время резкогоспада напряжения на разрядном промежутке и т.д.) импульсного пробояинертных газов (He, Ar) высокого давления.2. Определение минимальных энергозатрат во внешнем магнитномполе, необходимых для образования плазменных стримеров на начальныхстадиях импульсного пробоя инертных газов атмосферного давления (от 1 до3 атм).3. Изучить излучательные характеристики при распространенииплазменного стримера, как в непрерывном, так и в пульсирующем режиме всильном магнитном поле.4. Изучение влияния внешнего продольного магнитного поля до 250 кЭна величину скорости волновых ионизационных процессов в результатерекомбинационного фотоионизирующего излучения из плазмы стримеров,так и на динамику развития волн ионизации на начальных стадияхперенапряженного пробоя газов атмосферного давления.5.
С применением современной техники эксперимента, позволяющей сразрешением 10 нс регистрировать электрические, оптические испектральные характеристики решить задачу получения достаточно полногонабора экспериментальных данных соответствующих лавинно-плазменностримерным стадиям пробоя газов, таких как: энерговклад, температура,концентрация электронов, характерные времена и скорости развитияпроцессов в разрядном промежутке.Объекты и методы исследования. Объектами исследований являютсяимпульсные самостоятельные разряды в инертных газах при расстоянияхмежду электродами 0,1-1 см, давлениях газа 1-5 атм и напряженностях5электрических полей 3 - 25 кВ/см.
Были изготовлены две разрядные камеры:одна - для исследования различных стадий импульсных разрядов воднородных электрических полях, и другая – для изучения развитияискрового канала во внешних магнитных полях. Магнитное поле создавалосьразрядом батареи конденсаторов через соленоид, в котором и помещалсяисследуемый разрядный промежуток.Исследование велось комплексно с использованием различныхэкспериментальныхметодов:методаисследованияэлектрическиххарактеристик, регистрации пространственно-временного развития свеченияразряда с помощью электронно-оптического преобразователя (ФЭР-2) иэлектрооптического затвора (ЭОЗ), регистрации спектров излучения ввидимой и ближней ультрафиолетовой области с пространственным ивременным разрешением в несколько наносекунд.Концентрация заряженных частиц измерялась на слаботочных стадияхпо плотности тока разряда, а на сильноточных стадиях – по штарковскомуконтуру спектральных линий; температура плазмы оценивалась поотносительной интенсивности спектральных линий и по проводимостиплазмы.Результаты исследований, измерений и погрешность результатовобрабатывались с применением методов математической статистики.Научная новизна работы заключается в следующем:1.
Экспериментально полученное уменьшение времени развитияразряда на различных стадиях, с определением минимальных энергозатратдля образования плазменных стримеров во внешнем продольном магнитномполе, позволяет осуществлять управление временными характеристикамиразряда в газах высокого давления внешними критическими магнитнымиполями.2.
Методами высокоскоростной электронно-оптической хронографии испектральных измерений в инертных газах (He, Ar) исследовано свечение,сопровождающее пробой газа (в диапазоне давлений от 1 до 3 атм) поддействием импульсов электрического и магнитного полей.
Показано, чтоспектральный состав излучения искры зависит от напряженности магнитногополя. Уменьшение в магнитном поле скорости поперечного переноса фронтаионизации обуславливает изменение распределения энергии, и,соответственно, изменение спектрального состава излучения плазмы.3. В диапазоне напряжений от статистического пробивного до сотнипроцентов перенапряжений (W=) впервые полученыкомплексные экспериментальные результаты, позволяющие определитьмеханизм влияния внешнего продольного магнитного поля на временные,энергетические и оптические характеристики начальных стадийформирования пробоя.Научная и практическая значимость работы.6Результаты измерения времени формирования пробоя, времена искорости коммутации во внешних электрических и магнитных полях могутбыть использованы при создании быстродействующих коммутаторов тока.Экспериментально получен массив данных для широкого диапазонадавлений и степени перенапряжения на разрядном газовом промежутке, какво внешнем сильном магнитном поле, так и без него, который может бытьиспользован в качестве справочного при конструировании газовыхразрядников высокого давления, а также улучшения характеристикразличных устройств, работа которых связана с использованием начальныхстадий пробоя газовых промежутков.Использование когерентного излучения при распространенииначальных лавинно-плазменно-стримерных стадий в сильных магнитныхполях для построения источников в видимой и ультрафиолетовой частяхспектра.На защиту выносятся следующие основные положения:1.
Экспериментальное обоснование физических представлений о новомплазменном механизме электрического пробоя газов высокого давления вовнешнем продольном магнитном поле, базирующийся на представлении обобразовании на начальных стадиях развития разряда плазмы с высокойконцентрацией заряженных частиц, что и определяет характер протеканиядальнейших этапов развития пробоя до его завершения.2. Комплекс экспериментальных результатов, таких как: уменьшениевремени формирования и резкого спада напряжения на разрядномпромежутке; определение минимальных энергозатрат для образованияплазменных стримеров, показывающих принципиальную возможностьуправления временными характеристиками электрического пробоя газоввысокого давления во внешних сильных продольных магнитных полях.3.
Результаты экспериментальных исследований особенностейизлучения разрядного промежутка начальных стадий в инертных газах (He,Ar), сопровождающие пробой газа под действием импульсов электрическогои магнитного полей, полученные методами высокоскоростной электроннооптической хронографии и спектральных измерений.4. Результаты определения скоростей волновых ионизационныхпроцессов на начальных стадиях пробоя газов высокого давления во внешнихэлектрических и магнитных полях.5. Установлено влияние внешнего продольного магнитного поля снапряженностью в диапазоне от 0 до 250 кЭ на динамику развития волнионизации на начальных стадиях формирования пробоя в диапазоненапряжений электрического поля от статистического пробивного до сотнипроцентов перенапряжений (W=).Личный вклад автора Автором внесен определяющий вклад впостановку, проведение и анализ основных результатов, вошедших вдиссертацию.7Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующихконференциях: IV, V, VI, VII Всероссийских научно-практическихконференциях «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантовРоссийских вузов» (Томск, 2011г., 2012г., 2013г., 2014г.); VII, VIIIВсероссийских конференциях по физической электронике (Махачкала,2012г., 2014г.); XL Международной (Звенигородская) конференции пофизике плазмы и УТС (Звенигород, 2013г.); V Международной молодѐжнойнаучной конференции «Современная наука и молодѐжь» (Махачкала, ДГПУ,2013г.); I, II, Всероссийской конференции «Современные проблемы физикиплазмы» (Махачкала, 2013г.,2015г.); Всероссийской конференции «Физиканизкотемпературной плазмы» (Казань, 2014г.); XX, XXI Всероссийскиенаучные конференции студентов-физиков и молодых учѐных (Ижевск,2014г., 2015г.); VI Международный молодежный форум «Неделя дружбыстуденческой молодежи» (Дербент, ДГПУ, 2014); Актуальные вопросы внаучной работе и образовательной деятельности (Тамбов- 2015);Международной научно-практической конференции (Стерлитамак, 2015 г).Публикации.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
