Автореферат (1104505), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Характер влияниямагнитных полей на времена формирования пробоя в He аналогичен еговлиянию на другие газы Ar.Результаты исследований, выполненных в Не показывают, что с ростомдлины промежутка и давления увеличивается минимальная энергиявкладываемая в единицу объема разряда для перевода газа в плазменноесостояние. Путем наложения на газовый разряд внешних факторов, вчастности, сильного магнитного поля, можно получить информацию дляпостроения или уточнения механизма формирования и развития начальныхстадий пробоя газов высокого давления.На рис.

2 а) и б) представлены зависимости времени формированияразряда от напряженности магнитного поля τф = f(Н) и плотности энергии,вводимой в разряд τф = f(w0/р) в Ar для промежутка длиной d = 0,1 см приатмосферном давлении. Из представленных графиков видно, что временаформирования c изменением магнитного поля от 0 до 210 кЭ меняются от160 до 90 нс для перенапряжений W = 0%. Время формированияуменьшается от 160 до 80 нс при увеличении перенапряжения от 0 до 50%при отсутствии магнитного поля Н = 0.Во внешних магнитных полях наблюдается уменьшение времениформирования при одинаковом значении напряженности электрическогополя. Анализ результатов показал, что с ростом энерговклада в разрядвлияние магнитного поля уменьшается.Таким образом, из экспериментальных данных вытекает, что времяформирования пробоя исследованных газов (Ar,He) в целом уменьшается (от10 до 50%) с увеличением напряженности внешнего продольного магнитного( ) начинается где-то в областиполя до 250 кЭ.

Причем, зависимостькритического значения напряженности магнитного поля, которая различнадля различных давлений и газов.Наложение сильного продольного магнитного поля на газовый разрядприводит к ускорению процесса образования за счет уменьшения диффузии ивозрастания первого ионизационного коэффициента Таунсенда. В нашемслучае более применима схема разряда, предложенная для короткихпромежутков, так называемый, – «Плазменный механизм развития разряда».Согласно этой схеме время формирования должно уменьшаться сувеличением напряженности внешнего магнитного поля, что мы и получаем.Эти результаты согласуются с данными, полученными в работе.13Для учета влияния магнитного поля на коэффициент ионизации атомовэлектронами, а значит и на время формирования пробоя газов, в работерассматривается влияние магнитного поля на движущиеся под некоторымуглом к силовым линиям магнитного поля электроны. Так как радиусЛарморовой орбиты электрона намного меньше длины свободного пробега,это приводит к тому, что электрон на длине свободного пробега движется понаправлению электрического поля по спирали, что приводит к возрастаниюэффективного сечения взаимодействия с атомом и соответствует увеличениючисла столкновений, т.е.

увеличению давления.а)б)Рис. 2. Ar, d=0,1 см, р=770 Торр: а) Зависимости времени формирования отнапряжѐнности магнитного поля H при различных плотностях энергии, вкладываемых вразряд w/р (Дж/м3∙Торр) = О - 0,01;  - 0,012;  - 0,015; * - 0,017;  - 0,02; ▲ - 0,023;б) Зависимости времени формирования от отношения w/p при различных значенияхнапряженности магнитного поля H (кЭ) = О - 0;  - 55;  - 85; - 110; ▲-155;■ - 185.С другой стороны, возможна и другая причина изменения длинысвободного пробега, связанная с неоднородностью магнитного поля в центреи по краям соленоида.

Сам пробой происходит в максимально однородномполе по центру соленоида. Так как силовые линии напряженностимагнитного поля в центре соленоида гуще, чем по краям, то это приводит кдвижению атомов (как магнетиков) к центру соленоида, т.е. увеличениюдавления, а значит и уменьшению длины свободного пробега, что приводит кувеличению числа столкновений на единице длины.Уменьшение длины свободного пробега электрона в сильныхпродольных магнитных полях приводит к уменьшению времениформирования пробоя газов (быстрому росту коэффициента α) в случае,если на этой уменьшенной длине свободного пробега электрон набираетэнергию в электрическом поле такую, что вероятность акта ионизацииатомов газа не изменяется (). Если же длина свободного пробегаэлектронов уменьшается настолько, что он набирает в электрическом полеэнергию, при которой вероятность ионизации атомов газа уменьшается, то вэтом случае время формирования возрастает (соответственно уменьшается α,возрастает напряжение пробоя) ().Как уже было отмечено, уменьшение времени формировании вмагнитном поле связывается с более интенсивным образованием14пространственного заряда в магнитном поле, приводящим к увеличению .Влияниенебольшогоискаженияоднородностиполяполемпространственного заряда учитывается соотношением∫()∫где- напряженность приложенного поля, - приращение напряженностиполяиз-за пространственного заряда (при наличии пространственногозаряда поле будет определяться как),- приращение разностипотенциалов из-за пространственного заряда,- значение первогоионизационного коэффициента прии - значение того же коэффициента при.Согласно этой формуле, коэффициентбудет возрастать болееинтенсивно в искаженном поле, если E0/p < B/2, т.е.

это облегчает условияпробоя. Если же E0/p > B/2, то, наоборот, несколько затрудняются условияпробоя газов. Внешнее магнитное поле приводит к облегчению условияпробоя, так как более интенсивно образуется пространственный заряд.Полученноеэкспериментальноповышениенапряжениягоренияквазистационарной дуги в продольном магнитном поле говорит о том, чтоискровой канал потребляет дополнительную энергию на создание ударнойволны.С другой стороны, повышение напряжения перехода искры вквазистационарную дугу в магнитном поле связано с усилением возвратаэлектронов на катод, что приводит к торможению процесса образованиякатодного пятна.

Следовательно, преодоление тормозящего действиямагнитного поля происходит при затрате дополнительной энергии, что понашему мнению, может привести к повышению напряжения горенияквазистационарной дуги. Процесс торможения образования катодного пятнав магнитном поле приводит к возрастанию длительности ступени.В §3.2 этой же главе приводятся результаты исследования пробоя гелияи аргона электронно-оптическим преобразователем в сочетании сосциллографическими исследованиями. Сопоставление одновременнополученных осциллографических данных с результатами исследованияЭОПографом позволяет получить весьма ценные сведения о газовом разряде.Известно, что время формирования пробоя газов определяется каквремя, проходящее от момента достижения напряжения статического пробоядо резкого провала напряжения. С другой стороны, оно измеряется поразвернутой во времени и пространстве оптической картине от моментаприложения напряжения пробоя до появления первого видимого свечения.Определенные обоими методами времена формирования находятся вхорошем согласии.

Это позволило сопоставить первое видимое свечение наЭОПограмме с резким спадом напряжения на осциллограмме (см. рис.3).15Рис.3. Фотография щелевойразверткиваргоне(вдинамическом режиме работыЭОПтипаФЭР-2)симпульсомнапряженияU0 = 10 кВ (d = 1 см, р = 760Торр).В работе также были получены экспериментальные результаты обособенностях формирования и развития на начальных стадиях пробояионизационных волн в инертных газах (He, Ar) атмосферного давления вкоротких промежутках (d=1 см) как при наличии предыонизации, так и безнее.На рис. 4 приведены оптические картины формирования плазменногомеханизма пробоя в Ar, а на рис.5 приведены пространственно-временныекартины формирования искрового канала в Ar при наличии предыонизациигаза в промежутке.По мере достижения концентрации электронов ≥1012 см-3 приперенапряжении W до 100%, с началом резкого роста тока возникаетсвечение на аноде, которое распространяется к катоду со скоростью ≥107см/с.

Достижение свечением катода приводит к повышению концентрацииэлектронов до 1014 см3,, а ток до значений 10 А. Образование катодного пятнаи искрового канала завершает процесс формирования пробоя газов (см. рис.5а, кадр 4).123Рис.4. Оптические картиныформирования плазменного пробоя вAr: d = 1см, р = 760 Торр, Uст = 6800В, Uпр = 8000 В, W = 17,6% (1 - I >1A,ne ~ 1012 см-3, 2 – I >10 A, ne ~1014 см3,3 – I > 100 A, ne ~ 1018 см-3).I > 1 A,ne ≥ 1012 см-3I > 10 A,ne ≥1014 см3I > 100 A,ne ≤1018 см-3По результатам щелевой развертки свечения промежутка (рис.5 б)можно определить скорости развития ионизационных фронтов дляразличных начальных условий инициирования разряда.1234а)б)Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации