Автореферат (1104505), страница 4
Текст из файла (страница 4)
5. Пространственно-временные картины формирования искрового канала в аргоне16при наличии предыонизации газа в промежутке: а) - свечение в различные моментывремени; б) - фотографии непрерывной щелевой развертки. Анод - сверху, катод – снизу.(d = 1 см; р = 760 Торр; Ucт = 6,8 кВ).Оптические картины формирования объемного разряда (ОР) в Не вусловиях предварительной ионизации газа показаны на рис.6. Совмещениеоптических картин разряда с их ВАХ позволяет заключить, что первоерегистрируемое ЭОПом (ФЭР-2) свечение при U0=15 кВ возникает на анодечерез 40 нс после приложения импульса напряжения, котороераспространяется к катоду со скоростью ~ 108 см/с с образованием ОР.Распространение плазменного фронта от катода к аноду в основном связано сфотоионизирующим излучением из плазмы, что и определяет значительныескорости распространения плазменного фронта.Времена существования фазы однородного горения ОР зависят отперенапряжения.
С ростом перенапряжения ускоряется переход к искровомуканалу. Как известно, от перенапряжения зависит энерговклад на той илииной стадии разряда. С ростом перенапряжения энерговклад в разрядвозрастает, и, соответственно, длительность фазы тлеющего свечения будетуменьшаться. Так как каждая из стадий развития разряда повышенногодавления имеет конкретные свои значения по энерговкладу, то из этогоследует, что для различных газов при одних и тех же условиях дляформирования всех стадий развития разряда энерговклад будет различным.При распространении плазменного фронта в Ar и He значения токаотличаются на порядок.
Это говорит о том, что для создания критическойконцентрации электронов в He ≥ 1012 см-3 потребуется больше энергии, чем вAr.123475100125140 (нс)Рис. 6.Покадровыекартины формирования объемного разряда вНе. Анод-сверху,катод - снизу (d =1см, р=760 Торр,U0 = 15 кВ).На рис.7 представлены последовательные стадии развития плазменнойобласти в гелии при отсутствии предыонизации. В условиях эксперимента сростом напряжения число таких узких светящихся образований,возникающих у анода, увеличивается в Не во всем интервале исследованныхзначений пробойного поля Ест<Е<15 кВ/см.
Значение плотности тока дляодиночного образования составляет вначале его развития 20 А/см2, чемусоответствует плотность электронов ~1012 см-3, и к моменту замыканияпромежутка ~ 1013 см-3.Таким образом, экспериментальные данные, полученные с помощьюэлектронно-оптического преобразователя, показали, что процессы,приводящие к формированию высокопроводящего искрового канала, в17основном, завершаются к моменту времени, соответствующему напряжениюперехода искры в квазистационарную дугу.1(110 нс)2(120 нс)3(125 нс)4(130 нс)Рис. 7.Последовательныестадии развитияплазменной областив гелии при U0 = 10кВ/см (р = 760 Торр,d = 1 см, Не).Возникновение каналов в аргоне и гелии, связаны с неоднократнымпрохождением волн отрицательного напряжения от катода к аноду,возникновение которых связывается с процессами на катоде, ведущими кобразованию катодного пятна.
Периодичность процессов, приводящих кформированию катодного пятна, очевидно, определяет периодичностьвозникновения каналов. Таким процессом может быть прохождение волныотрицательного напряжения от катода к аноду, что вызывает вспышку света вканале. Фотоны из канала и тормозное излучение электронов при ударе обанод, падая на катод, вызывают выход следующего роя электронов и т.д.Итак, образование последовательных каналов в гелии и аргоне, впроцессе формирования искрового канала показывает, что энергия вформирующийся искровой канал поступает порциями, что представляетинтерес для гидродинамической теории формирования канала искры. Нашиисследования позволяют предположить возможный механизм пробоя газов.В §3.3 приводятся развернутые во времени (50 нс/мм) результатыфотографической регистрации спектров излучения плазмы искрового разрядапри различных значениях напряженности магнитного поля, с цельюопределить их влияние на концентрацию электронов ne, температуруэлектронов Теи излучательные характеристики лавинно-плазменныхстримеров начальных стадий разряда.В частности, показано, что интенсивность спектральных линийначальных стадий растет в течение первых 150 нс.
Через 150-200 нс яркостьионных линий возрастает и начинает регистрироваться непрерывный спектрв широком диапазоне длин волн. Максимальная яркость ионных линий инепрерывного спектра наблюдается через 300-400 нс с начала резкого ростатока. Интенсивность спектральных линий в магнитном поле возрастает вультрафиолетовой области с ее уменьшением в видимом диапазоне спектра.Выполненные исследования также показывают, что с увеличениемнапряженности магнитного поля, максимум энергии непрервного излучениясмещается в коротковолновую область спектра: при Н = 0, λmax= 420 нм; приН = 140 кЭ – 400 нм; при Н = 200 кЭ – 380 нм.Продольное магнитное поле приводит к росту температуры, плотностиплазмы стримерной стадии и удельного энерговклада в разряд рис.6.18Рис.8.
Спектры излучения пробоя Ar поперечного силовым линиям напряженностивнешнего продольного критического магнитного поля (250-550 нм), при d=0,3 см, p=2280Торр, Uпр =5 кВ, Uстат = 4,7 кВ для Н=0 - Сплошная линия и Н=400 кЭ - пунктирная линия:а) t=10 нс и б) t=30 нс соответствует стадии распространения лавин и плазменныхстримеров; в) t=50 нс – тлеющий объемный разряд.Анализ результатов спектральных измерений показывают, чтоспектральный состав излучения искрового канала зависит от напряженностимагнитного поля. Степень влияния продольного магнитного поляопределяется скоростью расширения искрового канала, которая в своюочередь является функцией скорости ввода энергии. Уменьшение вмагнитном поле скорости поперечного переноса фронта ионизацииобуславливает изменение в распределении энергии, соответственноизменится спектральный состав излучения плазмы.В четвертой главе дана модель развития электрического разряда вгазах и изучены лавинно-плазменные переходы и влияние на них внешнихмагнитных полей.
Оптические картины формирования искрового разряда винертных газах исследовались электронно-оптическим преобразователем.19Результаты оптических измерений показали: во всех исследованных газах, наначальных стадиях наблюдается как непрерывное распространениеплазменного стримера, так и скачкообразное с пульсацией по яркостиизлучение, до перекрытия промежутка.Затвором Керра получены оптические снимки начальных стадийразряда, формирование канала и стадии его расширения, стадииквазистационарной дуги во внешнем магнитном поле.Сопоставление значения тока и напряжения с оптическими картинамиразряда позволило оценить плотность тока, энергию и мощность,выделяемую в разряде (см.
рис. 9).Экспериментальные результаты в He показали, что вначале возникаетзаполняющее весь промежуток диффузное свечение. Далее, в течениевремени, равного сумме времен падения напряжения до ступени, и частичнов течение длительности ступени напряжения, в катодной области на фонедиффузного свечения возникает яркое свечение, привязанное к катодномупятну, вдоль которого со скоростью ~ 106 см/с прорастает искровой канал,закорачивая промежуток.Рис. 9. Фотографии начальной стадии развития разряда в Ar (р=2280 Toрр, W=33%,d=3 мм): а) покадровые фотографии начальной стадии образования канала и его переходав квазистационарную дугу при импульсном пробое Ar (Uст =4,5 кВ; Uпр =6 кВ);б) изменение тока и напряжения синхронно с оптическими картинами.Таким образом, в работе получены детальные экспериментальныерезультаты исследования электрических, оптических и спектральныххарактеристик по импульсному пробою аргона и гелия в сильныхпродольных магнитных полях с напряженностью до 250 кЭ.В заключении диссертации сформулированы основные результаты ивыводы работы.1.
Во всех исследованных газах, при больших перенапряжениях,пробой начинается с появления довольно яркосветящегося образования стримера, который перекрывает промежуток со скоростью на порядокбольше скорости распространения электронных лавин, с образованиемяркого катодного пятна и прорастанием узкого искрового канала соскоростью vk≥106 см/c (r ~ 0,1 мм), а завершается пробой - квазистационарнойдугой (с радиусом r > 1 мм).202.
Впервые обнаружено: возникновение пульсаций в распространении стримера в гелии иаргоне, связывается, с неоднократным прохождением волн отрицательногонапряжения от катода к аноду, возникающих, по-видимому, в результатеизлучения плазмы стримера, связанной с экранировкой внешнегоэлектрического поля на дебаевской длине, в свою очередь приводящей кохлаждению плазмы и усилению рекомбинационного излучения; образование последовательных каналов в гелии и аргоне в процессеформирования искрового канала показывает, что энергия в формирующийсяискровой канал поступает порциями.
Это представляет большой интерес длягидродинамической теории формирования канала искры.3. Экспериментально показана принципиальная возможностьуправления временными характеристиками пробоя в газах высокогодавления с помощью внешних сильных продольных магнитных полей, аименно, уменьшение времени формирования и резкого спада напряжения напромежутке, что связано с возрастанием первого ионизационногокоэффициента Таунсенда в результате образования во внешнем магнитномполе критического объемного заряда, а также за счет ускорения перехода отфото и автоэмиссии к термоэмиссии из образовавшегося катодного пятна.4. Впервые получены результаты влияния внешнего продольногомагнитного поля на скорость и динамику развития волн ионизации наначальных стадиях формирования пробоя в инертных газах (He, Ar), вдиапазоне напряжений от статистического пробивного до сотни процентовперенапряжений. Показано, что во внешнем магнитном поле происходитпроцесс торможения образования катодного пятна в гелии, приводящий квозрастанию как длительности ступени на импульсе напряжения, так истадии однородного горения объемного разряда.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
