Автореферат (1104505), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основные результаты работы изложены в 27публикациях, в том числе 6 статьей опубликовано в изданиях,рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.В этих работах представлены данные исследований, выполненныеавтором самостоятельно и совместно с коллегами.Структура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоитиз введения, четырех глав и заключения; содержит 158 страниц, включая 53рисунков и 12 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 129наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы,сформулированы основные цели и задачи исследования, а также основныеположения, выносимые на защиту, показана научная новизна полученныхрезультатов. Приводится краткое содержание диссертации.В первой главе сделананалитический литературный обзорэкспериментальных и теоретических работ, посвященных характеристикамначальных стадий газового разряда, по которым делается анализсуществующих схем газового разряда.В частности, дан обзор классических представлений о развитииначальных стадий электрического пробоя газов высокого давления.Обсуждаются классические механизмы зарождения лавин ионизации, ихразвитие и переход в плазменное состояние, а затем в плазменный стример.Здесь же дан краткий обзор существующих представлений о ролифотоионизации и фоторекомбинации в распространении плазменных лавинвплоть до перекрытия разрядного канала.8Определенное место в главе 1 отводится результатам исследованияпространственно-временной картины формирования и развития газовогоразряда, полученной при помощи электронно-оптического преобразователя.Далее анализируются расчеты времен формирования пробоя газов,сделанные различными исследователями.
В первой главе такжерассматриваются работы по исследованию пробоя газов в магнитных полях.В этом направлении до последнего времени в основном проводилисьисследования при пониженных давлениях газа в слабых магнитных полях.Показано, что исследованию электрического пробоя газов придавлениях порядка атмосферного во внешних критических магнитных поляхдо сего времени уделялось мало внимания, хотя эти исследования являютсявесьма важными для выяснения механизма формирования газового разряда.Анализ научно-периодической литературы позволил определить объекти цель исследования.Вторая глава посвящена описанию экспериментальных установок,методик исследования пробоя газов в сильных магнитных полях и анализупогрешностей измерений.Исследование велось комплексно с использованием различныхэкспериментальныхметодов:методаисследованияэлектрическиххарактеристик, регистрации пространственно-временного развития свеченияс помощью ЭОП (ФЭР-2) и электрооптического затвора (ЭОЗ), регистрацииспектров излучения в видимой и ближней ультрафиолетовой области спространственным и временным разрешением.Характеристики импульсного разряда (геометрические размеры, силатока, интенсивность излучения и др.) за короткий временной интервализменяются на несколько порядков.
Была разработана экспериментальнаяустановка, удовлетворяющая следующим требованиям:1. Что бы времена разрешения измеряемых параметров – электрическихбыли не хуже чем 10 нс, картин развития свечения - не хуже чем 10 нс испектральных - не хуже чем 40 нс до 20 кВ;2. Обеспечение возможности использования пробойных импульсовнапряжения с управляемым крутым передним фронтом (менее 10 нс) иамплитудой;3. Обеспечение возможности формирования в разрядном интервале,размером 1 см импульсных магнитных полей напряженностью до 250 кЭ спродолжительностью более 10-4 с;4. Обеспечение за счет предварительной фотоионизации созданияконцентрации затравочных электронов с плотностью ~ 107 - 108 см-3.Для достижения вышеперечисленных требований были изготовлены дверазрядные камеры: одна - для исследования различных стадий импульсныхразрядов в однородных электрических полях, и вторая, с помощью которойизучалось развитие и распространение искрового канала во внешнемпродольном магнитном поле.9Расстояние между алюминиевыми электродами составляло величину d= 1 см, а диаметр этих электродов - 4 см (в отсутствие магнитного поля).
Вэксперименте применялись электроды двух типов – плоские и сферические срадиусом кривизны R30 см. Межэлектродное расстояние пробивалось приподаче импульса напряжения, длительность переднего фронта которогосоставляла ~ 10 нс, спустя 200-300 нс после прекращения его облучениявнешним ионизатором. Пробойное напряжение меняется от статическогопробойного значения до 20 кВ.Разрядный промежуток облучался дополнительным искровымразрядом через сетчатый анод, либо расположением УФ источникапредионизации в таком же газе - на расстоянии 5-7 см от оси основногоразрядного промежутка.
В этом положении подсвечивающая искра даетвозможность сформировать равную по оси концентрацию затравочных(начальных) электронов в одном случае, и в другом - одинаковуюконцентрацию по сечению.При формировании УФ ионизации использовалась система на тиратронетипа ТГИ1-400/16. Подсвет, или УФ излучение разряда, с энергией 0,3-0,4Дж, создает концентрацию затравочных электронов в Ar n0 107 см-3, а притаких же условиях в Не – n0 ~ 108 см-3 Начальная концентрация электроновпредионизации, которая создается внешней подсветкой (внешнимионизатором), рассчитывалась по измеренному току в разрядной цепи припостоянном напряжении на промежутке (100-300 В).
Для улучшенияотношения сигнал/шум и согласования с измерительной цепью применялсяэмиттерный повторитель на сверхвысокочастотном транзисторе. Среднююплотность тока и концентрацию электронов рассчитывали по известномусечению разряда и измеренному току несамостоятельного разряда (фототок).Одним из наиболее важных условий согласия измеряемого тока иплотностифотоэлектроновявляетсяотсутствиеионизационногоразмножения.Продолжительность УФ подсветки разрядного промежутка составлялавеличину ≈ 600 нс (см.
рис.1). Межэлектродное расстояние освещенногопромежутка и разрядника подбиралось так, чтобы спустя 200 - 300 нс послевнешней предионизации, импульс пробоя подавался на исследуемый промежуток.Внешнее продольное магнитное поле оказывает влияние нахарактеристики пробоя двумя способами Оно действует на радиальноедвижение заряженных частиц, что дает возможность отобрать процессы,ответственные за механизм формирования пробоя. Второй способ связан – свлиянием магнитного поля на скорость прорастания искрового канала, наспектральные характеристики и т.д. По этой причине исследовался разряд винертных газах (He, Ar) в импульсных продольных магнитных полях.Внешнее магнитное поле создавалось за счет разряда батареиконденсаторов через соленоид, внутри которого и находился изучаемыйпромежуток, Параметры системы емкостной накопитель – соленоид10подбирались по требованиям обеспечения квазистационарности внешнегомагнитного поля, т.е., чтобы период изменения внешнего продольногомагнитного поля было намного больше длительности исследуемых стадийразряда.Соленоид представлял из себя цельнометаллическую конструкцию,регистрация излучения разряда проводилась в центральном витке (толщиной1 см).
Толщина межвитковой текстолитовой изоляции имела величину 0,15 –0,2 см, а толщина витков - 0,2 см. Селеноид в собранном виде располагался встальном бандаже с толщиной стенок 0,4 см.Рис.1. Характернаяосциллограммаинтенсивности (в отн. ед)светового импульсаисточника УФ излучения.Развертка – 100 нс/дел.Нелинейные процессы диссипации энергии магнитного поля в случае сбериллиевой бронзой не оказывают никакого влияния, так как пороговоезначение напряженности магнитного поля Бр·Б2 составляет 740 кЭ.
Так чтопри максимальных исследованных значениях напряженности Н = 250 кЭ этиэффекты сказываться не будут.В условиях экспериментов (Н≤250 кЭ) и эффекты, связанные сдиффузией силовых линий магнитного поля в проводник с конечнойпроводимостью существенной роли играть не будут. Период магнитногополя составлял TH 2 L0 C0 600 мкс (Lо – индуктивность, С0 – разряднаяемкость), а продолжительность исследуемой стадии искрового разряда ≈ 1мкс. В связи с этим, магнитное поле в течение 1 мкс считается постоянным.Синхронизация электрического пробоя газа с магнитным полемосуществлялась таким образом, чтобы пробой происходил при максимальномзначении напряженности поля.Измерениеимпульсныхмагнитныхполейпроизводилосьминиатюрным индукционным датчиком - катушкой, намотанной (10 витков)на фарфоровую трубку диаметром 0,15 см.
Провод выбирался, возможномалого диаметра (2r = 0,01см) и имел шелковую изоляцию, длина намоткисоставляла 1-0,2 см. Миниатюрный индукционный датчик крепился кфарфоровой трубке и размещался на оси промежутка. На пассивнуюинтегрирующую RC – цепочку поступал сигнал с катушки.
Постояннаявремени RC = 3∙10-2 с >>Тн≈ 6∙10-4 с.11Поясом Роговского параллельно измерялся ток цепи соленоида.Одновременным осциллографированием сигналов с пояса Роговского ииндукционного датчика осуществлялась градуировка внешнего магнитногополя. По току в соленоиде производился контроль синхронизации иизмерение поля при изучении пробоя. С осциллографируемым сконденсатора C5 напряжением U(t) связана величина индукции магнитногополя соотношениемB(t ) R C5 U (t ) .N1 S эффЗдесь N1 - число витков датчика, Sэфф = S0+0,5S1 (S0 – сечениефарфоровой трубки, S1 – сечение провода намотки). Применялисьполусферические алюминиевые электроды, диаметр которых составляет 2r =0,4 см. Максимальная погрешность измерения напряженности (индукции)магнитного поля равна В 10% .Время диффузии поля в материал электродов равнон r2 3 10 5 c ,2 0 Cт.е. это незначительно отличается от значения Т/4≈1,5∙10-4 с.
Времязапаздывания пробоя газов определялось импульсными высокоскоростнымии высоковольтными осциллографами (OK-21, OK-17, С8-14).Концентрацию заряженных частиц измеряли по штарковскому контуруспектральных линий - на сильноточных стадиях, по плотности тока - наслаботочных стадиях, а температуру плазмы по относительнойинтенсивности спектральных линий, она также оценивалась по проводимостиплазмы.Третья глава посвящена исследованию и анализу на начальныхстадиях формирования пробоя экспериментальных данных по времениформирования, мощности и энергии вкладываемых в разряд (§3.1),пространственно-временных картин свечения промежутка, полученных сиспользованием электрооптического затвора (ЭОЗ) и электроннооптического преобразователя ФЭР-2 синхронно с вольт-ампернымихарактеристиками (§3.2).
Спектральные характеристики импульсного пробоягазов в однородных электрических и сильных магнитных полях приатмосферном и выше давлениях описаны в §3.3. Задачей исследованийявляется выяснение физики начальных стадий пробоя газов высокогодавления.Исследования в продольных магнитных полях проводились приизменении напряженности магнитного поля от 0 до 250 кЭ.
Для давлений,близких к атмосферному, такие поля удовлетворяли соотношению (rH λ),где r - радиус Ларморовой орбиты, - длина свободного пробега, т.е.величина магнитного поля (Н=250 кЭ) больше критического значения.По характерным осциллограммам напряжения на разрядном промежуткепри импульсном пробое He и Ar при атмосферном давлении определялись12зависимости времени формирования ф , времени длительности ступенинапряжения ст и 2 - времени резкого спада от напряжения ступени U ст донапряжения дуги Uд от приложенного удельного энерговклада в разряд,давления и длины промежутка. Все времена развития пробоя уменьшаются сростом указанных параметров (§3.1).Времена развития начальных стадий пробоя He зависят отнапряженности внешнего продольного магнитного поля и имеют тенденциюк уменьшению с увеличением внешнего магнитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
