Диссертация (1104506), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Поэтому, нами была разработана методика регистрацииспектра излучения разряда с временным разрешением для отдельныхспектральных линий 10 нc, а для участков спектра 100 нс.Спектр записывался с помощью кварцевого спектрографа сочлененного89со скоростным фоторегистратором ВФУ-1, а интенсивность отдельных линийдвойным монохроматором ДМР-4 и ФЭУ-29, ФЭУ-79. Оптическая схема исхема,поясняющаяпринципсинхронизациизаписиспектрасэлектрическими параметрами разряда показаны на рис. 2.12.Изображение излучающего столба разряда с помощью кварцевой линзы2(640 мм,52 мм) проекцировалось на входную щель спектрографа7 и на вход световода 9, расположенного в одной плоскости с щелью ИСП-30.Развертка спектра осуществлялась вращением зеркала 3 прибора ВФУ-1 (6).Кварцевая линза 2 располагалась таким образом, чтобы в плоскости входнойщели спектрографа получалось изображение канала 1:1, т.е.
расстояние отоси разряда до линзы равнялось расстоянию от линзы до щели спектрографаи составляло1280 мм. Излучение из разрядной камеры выводилосьчерез кварцевые окна.Рис.2.12. Оптическая схема записи спектра.Скорость сканирования луча в плоскости входной щели спектрографаопределяется скоростью вращения зеркала и расстоянием от зеркала до щели90 см(2.13)где- число оборотов зеркала в одну секунду. Максимальное числооборотов зеркала прибора ВФУ-I составляет 1250 об/с.90Следовательно, максимальная скорость сканирования1,4·107 мм/с.Учитывая увеличение спектрографа, равное 1,2 максимальная скоростьзаписи спектра будет равна 6∙10-8 мм/с.
Отсюда видно, что данная методикапри размере изображения в 1 мм обеспечивает временное разрешение 60 нс.Щель спектрографа была ориентирована перпендикулярно оси разряда ивысекала участок излучающего столба в середине промежутка. Поэтому,временное разрешение определялось диаметром канала при неизменнойскорости вращения зеркала (рабочая скорость 22500 оборотов в минуту).Радиус канала на ранних стадиях развития при небольших перенапряженияхсоставляет 0,1 мм, соответственно временное разрешение ≈ 40 нс.Рассмотрим каким образом достигалась синхронизация начала записиспектра с положением зеркала, при котором изображение попадало на щельспектрографа.Поджиг коммутатора, формирующего пробойный импульс напряжения,осуществлялся подачей импульса с датчика ВФУ-1 (5), усиленного в схемеприбора, через генератор задержанных импульсов ГИ-1.
Генератор снеобходимой задержкой запускал осциллограф 10.Регулировкой положения датчика относительно зеркала добивались,чтобы генератор 17 запускался в момент, когда зеркало примет необходимоеположение. Высота щели спектрографа ИСП-30 составляет 15 мм и прискорости вращения зеркала 22500 об/мин спектр записывается в течение 3мкс. На расстоянии10 мм от конца щели спектрографа располагалсявход световода 9, а выход подавался на ФЭУ-29 (8). Электрический сигнал сФЭУ регистрировался осциллографом 10.
Второй луч осциллографазаписывал ток разряда. Сигнал с ФЭУ начинал писаться черезпослеокончания записи спектра. Таким образом, синхронно записанные импульстока разряда и импульс с ФЭУ при известной скорости сканированияизображения канала в плоскости щели спектрографа, позволили сопоставлятьво времени ток разряда по спектрам.Интенсивностьотдельныхспектральныхлинийзаписываласьс91помощью двойного призменного монохроматора ДМР-4 или спектрографаСТЭ-1 (рис.
2.13).Рабочая ширина щели спектрографа составляла0,09 мм принормальной входной щелиРис.2.13. Блок-схема экспериментальной установки для записи контураспектральной линии.Изображение излучающего столба ориентировалось перпендикулярнощелимонохроматора.Самопоглощениелинийвплазмеразрядаконтролировалось совмещением каждой точки излучающего объема с егоизображением с помощью сферического зеркала.При записи штарковского контура линий ионизированного гелияиспользовалась оптическая схема, показанная на рис. 2.13, включающая всебя светосильный спектрограф СТЭ-1.92Выводы1.
Собранаэкспериментальнаяустановкадляисследованияэлектрических разрядов в газах атмосферного и выше давления.2. Разработаны методики регистрации электрических характеристикразряда и исследования пространственно-временного развития свечения свысоким пространственным и временным разрешением.3. Собрана экспериментальная установка для получения импульсныхмагнитных полей напряженностью до 500 кЭ и с периодом 600 мкс.4. Сконструирована разрядная камера для исследования разряда впродольных магнитных полях.5.
Разработана методика и собрана установка для регистрации спектровс временным разрешением ~10 нс.93ГЛАВА III. Результаты и анализ экспериментального исследования§3.1. Исследование времени формирования, энергии и мощностиначальных стадий разрядаРазряд сантиметрового промежутка в газах осуществлялся в однородныхэлектрических и магнитных полях при атмосферном и выше давлениях.Напряжение на разрядном промежутке определялось с помощью методаосциллографированиясигналасемкостногоделителя.Вработеиспользовались осциллографы ОK -17М, ОK-21, С8-14, С1-75. Временноеразрешение измеряемых параметров ссотавляло порядка 5 нс.
Регистрациятока разряда на различных стадиях (как малых предпробойных токов ~ 10-3–10-1 А, так и большого кA тока) производилось осциллографированиемсигнала, соответственно подаваемого с шунта или пояса Роговского [99].Основнойзадачейэкспериментальногоисследованияявляетсярассмотрение физики формирования плазменных стримеров при разряде вгазах высокого давления.
С этой целью рассмотрены зависимости временформирования, а также энергетические характеристики пробоя Ar, Не отнапряженности внешнего критического магнитного поля.Вольамперные характеристики импульсного разряда в Ar представленына рис. 3.1. Здесь ηф - время формирования, определяемое развитием лавин иплазменных стримеров; ηсп - время формирования искрового канала до егоперехода в квазистационарную дугу, что соответствует времени образованияканала и его расширения до перехода к дуге; напряжения дуги Uд определяется механизмом расширения канала искры до его перехода встадию горения дуги.94Рис. 3.1. Вольамперные характеристики импульсного пробоя аргона:а) без ступени напряжения;б) со ступенью напряжения;ηф - время формирования пробоя; ηсп - время резкого спада;η1 - время спада от напряжения пробоя Uпр до напряжения ступени;ηст - время длительности ступени;η2 - время резкого спада от напряжения ступени Uст до напряжения дуги Uд.а) Пробой гелия.Нарис.3.2представленыхарактерныезависимостивремениформирования ηф (а) и времени длительности ступени напряжения ηст (б) вгелии при атмосферном давлении от приложенного удельного энерговклада вразряд.
Как видно из рис. 3.2 а,б времена ηфи ηст уменьшаются сувеличением вводимой энергии. В таблице 3.1 представлены времена ηф, ηст,η2в зависимости от удельной энергии, давления, длины промежутка. Всевремена развития пробоя уменьшются с ростом плотности энергии.Времена формирования плазменных стримеров при пробое гелияменяются во внешнем критическом магнитном поле с тенденцией куменьшению с увеличением внешнего критического магнитного поля.95Таблица 3.1. Времена ηф, ηст, η2 в зависимости от удельной энергии,давления, длины промежуткаДлинапромежутка,d , смДавлениегаза,р, Торр.Перенапряжение,W, %0,225000,2 ф , нс ст , 2 , нс18020нс2020425002501515154,40,22500350108104,50,57601502525250,40,57602501818150,50,57603501210100,51,07601003050550,41,07601302510400,51,07601602030300,4Рис.
3.2. Пробой гелия: а) зависимость времени формированияфw,Дж/м3от плотностиэнергии w ( d =10 мм, р=760 Торр); б) зависимость длительности ступенинапряжения стот w ( d =10 мм, р=760 Торр).Влияние критических магнитных полей на временые характеристикиразвития импульсного пробоя гелия коррелируется с пробоями в другихгазах. Характерной особенностью пробоя гелия является ступенчатость спаданапряжения от напряжения пробоя до напряжения горения дуги (см. рис.3.3).96Рис 3.3. Характерная осциллограмма тока и напряжения на промежуткев гелии (d = 1 см, р = 2280 Торр, U0 = 9 кВ).На рис.
3.4 и таблице 3.2. представлены зависимости минимальнойэнергии вкладываемой в разряд от длины промежутка и давления.Таблица 3.2р1=500Торрр2=760Торрр3=1140 р4=1520 р5=2280ТоррТоррТоррр6=3030 р7=3800ТоррТоррw1,Дж/м3w2,Дж/м3w3,Дж/м3w4,Дж/м3w5,Дж/м3w6,Дж/м3w7,Дж/м311.141.301.542.194.118.1810.3620.530.801.001.492.494.886.8030.410.650.821.262.253.915.8540.370.600.731.152.153.435.2850.330.530.701.092.093.234.9260.280.480.691.011.943.094.6570.270.450.660.971.812.914.4180.240.440.620.961.712.844.2190.230.420.620.981.622.723.95100.210.390.600.971.522.603.70d, ммНа рис. 3.5 и таблице 3.3 представлены зависимости минимальногоэнерговклада при пробое He от давления для промежутков различной длины.97Рис.3.4 Минимальная энергия вкладываемая в единицу объема при пробое He дляперевода газа в плазменное состояние в зависимости от длины промежутка приразличных давлениях.Таблица 3.3d1 =10-2 мP, Торр w1, Дж/м3d2 =7∙10-3 мd3 =6∙10-3 мd4 =5∙10-3 мd5 =3∙10-3 мw3, Дж/м3w4, Дж/м3w5, Дж/м3w7, Дж/м37600.410.550.670.791.2015201.001.301.381.682.4622801.842.402.562.834.4030403.003.823.934.287.4138004.365.525.715.9310.7898Рис.3.5.
Зависимость минимального энерговклада в He от давления для промежутковразличной длины.Таким образом, из рис. 3.4-3.5 и таблиц 3.2-3.3 следует, чтоминимальная энергия, вкладываемая в единицу объема для перевода газа вплазменное состояние, увеличивается с ростом давления при постояннойдлине промежутка и уменьшается с ростом длины промежутка припостоянном давлении газа.б) Импульсный разряд в аргоне.При перенапряженном пробое Ar ступенчатость провала напряжения отUпр до Uд проявлялась слабо (рис.3.1а). На рис.3.7 а,б представленызависимости времен ηф и ηсп соответственно от энерговклада в разряд..
Сувеличениемэнерговкладанапряжения уменьшаются.временаформированияирезкогоспада99а)б)Рис. 3.6 а)Характерная осциллограмма тока и напряжения на промежуткев аргоне (d = 1 см, р = 760 Торр, U0 = 9 кВ).б) Осциллограмма в аргоне снятая с ФЭР.100Рис.3.7.
Импульсный пробой Ar:а) зависимость времени формирования ηф от плотности энергии w(1 - d=10мм, р=760 Торр; 2 - d=5 мм, р=760 Торр);б) зависимость времени резкого спада τсп от плотности энергии w(1 - d=10 мм, р=760 Торр; 2 - d=5 мм, р=760 Торр);в) зависимость энерговклада от длины промежутка для пробоя в Ar (р=760 Торр).На рис.3.7 в представлена зависимость энерговклада от длиныразрядного промежутка d для пробоя Ar. Удельный энерговклад приувеличении расстояния уменьшается.При исследовании пробоя аргона получены следующие результаты:а) при постоянном перенапряжении W время формирования ηффактически не меняется с увеличением длины промежутка, в то время какдлительность ступени напряжения незначительно возрастает;б) времена резкого спада напряжения ηсп с увеличением перенапряжениядо 100% уменьшаются на 15-20%(Этоозначает,чтос)увеличениемэнерговклада,давленияинапряженности внешнего критического магнитного поля переход лавины вплазменное состояние происходит быстрее [25].На рис.
3.8 представлены вольтамперные характеристики при пробое Ar,модулированные генератором меток 5 МГц.101Рис. 3.8. Изменение тока (верхний луч) и напряжения (нижний) при пробое Ar.Как было показано в гл.1 влияя на газовый разряд внешним фактором, вчастности, сильным магнитным полем можно получить ценную информациюдля построения или уточнения механизма формирования и развитияначальных стадий пробоя газов высокого давления. Такие исследования быливыполнены в рассматриваемой работе.На рис. 3.9 а) и б) представлены зависимости времени формированияразряда от напряженности магнитного поля ηф=f(Н) и плотности энергии,вводимую в разряд ηф = f(w0/р) в Ar для промежутка длиной d=0,1 см приатмосферном давлении.102Рис. 3.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
