Диссертация (1104506), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

За это время резко возрастает степеньионизации в стримерном канале [13]. При дальнейшем росте проводимостиза счет термоэлектронной эмиссии из образовавшегося катодного пятнапроисходит трансформация стримерного канала в искровой.При пробое инертных газов, например, аргона, свечение возникает врасчетной точке перехода лавины в стример хкр.

После перекрытия разряднойобласти стримером, наблюдаемые ионизационные фронты движутся сэлектродов навстречу друг другу (рис. 4.3., [109]).Покадроваясъемкаспомощьюэлектронно-оптическогопреобразователя (ФЭР-2) позволяет прослеживать развитие свечения, сконцентрацией электронов ~ 1012 см-3. Плотность тока в момент перекрытияфронтом промежутка составляет ~102 А/см2, при полном токе ~10 А. Призамыкании ионизационными фронтами промежутка появляется болеевыраженное интенсивное свечение, а на катоде яркое катодное пятно. Началорезкого роста тока характеризуется ярким свечением и катодными пятнами.К моменту появления катодного пятна плотность тока достигает значения ~103 А/см2.134При перенапряжениях больше 150 % по мере приближения плазменногофронта к катоду наблюдается одновременное появление несколькихкатодных пятен, являющихся источниками термоэлектронов.

В этом случаепараллельно инициируются несколько каналов на фоне тлеющего свеченияобъемного диффузного разряда, которые на ранних этапах развитиясливаются и образуют широкий столб плазмы. При этом значение плотноститока гораздо меньше, чем в случае формирования одиночного канала, искорость прорастания соответственно уменьшается [124].Яркое свечение с ростом тока разряда распространяется к электродам соскоростью ~ 3·106 - 5·106 см/с. Пространство между ярким свечением иэлектродами,где концентрация электронов составляет ~ 1014 см-3,заполняется диффузным свечением [124,125].Рис.

4.4. Оптический снимок развития искрового канала в Ar (без предыонизации) взависимости от времени. (Е/р = 14 В/см-Торр, Uпр = 11,3 кВ, d = 1 см)Яркое свечение возле катода при стримерном механизме пробояинициирует искровой канал. Спад напряжения на промежутке призамыкании его прорастающим стримерным каналом не наблюдается [109].Это следует из простых оценок сопротивления стримерного канала. Приконцентрации электронов ~1012 см-3 и диаметре канала в 0,1 мм егосопротивление составляет величину:Re m ea d 10 5  10 6 Омr 2 ne e 2(4.1)135В случае с молекулярными газами справедлива модель трансформацииодиночного канала предполагающая увеличение проводимости плазмыстримера, которая характеризуется однородной интенсивностью свечения.Для инертных газов, в частности для аргона, при атмосферном давлении нарасстоянии хкр от катода наблюдается яркое свечение, прорастающее кэлектродам с относительно небольшой скоростью.

С появлением яркогосвечения в этой точке резко увеличивается энерговыделение, что приводит квзрывообразному расширению этой области.Возрастание проводимости в инертных газах ограничено, однако привысокой напряженности поля на головке лавины возможно прорастаниемногих стримеров.Такое развитие объясняется структурой атома Ar и более слабойзависимостью коэффициента ударной ионизации от напряженности поля.Коэффициенты ударной ионизации инертных и молекулярных газовотличаются. Соответственно, скорости изменения проводимости в этих газахрастут по-разному [126].Приближение стримерного канала к электроду инициирует фронтионизации, движущийся от электрода за время 10 - 30 нс, в течение которогоконцентрация в точке усиления лавины увеличивается и соответственноувеличивается энерговклад.Вследствие термической ионизации атомов, растут газодинамическоедавление и концентрация заряженных частиц, сопровождаемые расширениемплазменной области. В зависимости от экспериментальных условийформирование однородного искрового канала завершается через 300 - 500 нс.Так как электроды алюминиевые, то спектр прикатодной плазмыхарактеризуется яркими линиями материала катода, а именно A1II (396,1;394,4; 280,1; 281,6 нм) и континуумом (260 - 360 нм).

Ионные линииматериала катода начинают регистрироваться с началом резкого роста тока,причем максимально яркие линии наблюдаются через 20 - 30 нс после этого(рис. 4.5).136Рис. 4.5. Изменение интенсивности спектральных линий ионов Al (материала катода)со временем (1-396,1 нм; 2-281,6 нм).Спустя 30 нс с начала резкого роста тока полуширина линии аргона480,6 нм составляет 0,5 - 0,6 нм, а линии 422,8 нм ~ 0,5 нм. Этим значениямполуширины спектральной линии соответствует плотность электронов ~10 19см-3. Спустя 20 нс плотность электронов уменьшается до значения 2·1018 см-3,затем через 30 - 40 нс катодный факел вытягивается, принимая формувытянутого эллипса, температура которого составляет 4 - 5 эВ.ПороговоезначениенапряженностиэлектрическогополяE0пор,определяется выражениемE 0 пор  2D||3emven viexp  DkTe,(4.2)из которого следует, что E0 пор возрастает во внешнем сильном магнитномполе.

Пороговое значение напряженности внешнего магнитного поля H крсмещается в сторону возрастания по мере увеличения давления.При пробое в He иAr во внешнем магнитном поле до 150 кЭ имеетместо уменьшение времени формирования (табл. 4.2). Общая тенденция куменьшению t кр   ф с ростом магнитного поля прослеживается и припробое Ar. Кроме того, во всех исследованных случаях при увеличении137напряженности электрического поля наблюдалось уменьшение влияниявнешнего магнитного поля. Это же имеет место и при повышении давлениягаза.Весьма важным представляется тот факт, что внешнее магнитное полезатрудняет переход лавины в плазменное состояние, что проявляется какувеличение значения E 0 пор . Уменьшение времени формирования пробоя всильныхмагнитныхполяхравносильноувеличениюнапряженностиэлектрического поля без магнитных полей.Таблица 4.2W=26%W=45%W=82%H,кЭηф,нсη1,нсηф,нсη1,нсηф,нсη1,нс027651131802102501201009590856060120100100907560601008570706060551009570656055505040403020202095857050504025§4.2.

Плазменный механизм пробоя газов высокого давленияЭкспериментальныеисследованияпробояплоскогогазовогопромежутка высокого давления показывают, что процесс развития разрядасостоит из следующих этапов:1) зарождение и развитие одной лавины либо генерация множества лавин,приводящаякусилениюполявобластимеждуположительнымпространственным зарядом и катодом;2) переход одной лавины либо одной из множества лавин в усиленномполе в плазменное состояние;3) третий этап может протекать в зависимости от давления газа иперенапряжения двояко: в одном случае (при пониженных давлениях инезначительных перенапряжениях) плазма лавины перекрывает промежуток138с установлением стационарной формы разряда (тлеющий разряд); в другом(повышенные напряжения и давления) начиная с некоторых пороговых полейвозникают светящиеся образования – стримеры, распространяющиеся понаправлению к обоим электродам.По нашему мнению, возникновение интенсивного излучения связано срекомбинационным механизмом в переохлажденной плазме стримера.Интенсивное излучение плазмы стримера приводит к фотоионизации газа впромежутке.

Этот процесс возбуждения излучения из плазмы стримерапериодический,чтосоответствуетпериодичностираспространениястримеров и большой скорости перемещения фронта к обоим электродам[127,128].Каждыйизотмеченныхвышеэтаповтребуетопределенныхэнергозатрат. Это и определяет напряжение зажигания газового разряда.Описаннаямодельявляетсякакбысинтезомтаундсендовскогоистримерного механизмов пробоя газов, основанного на представлении овозникновении в разрядном промежутке на раннем этапе лавины ионизации,находящейсявплазменномсостоянии.Взависимостиотусловийэксперимента определяющую роль в пробое газов может играть либогенерация лавин, либо развитие стримеров.

Так, при низких давлениях ималых перенапряжениях плазма образуется за счет генерации лавин, аувеличение давления и перенапряжения приводят к образованию плазмы врезультате развития стримера из одной лавины. Естественно, что времяраскачки лавин значительно больше времени развития одной лавины до ееперехода в стример.Следуетотметить, чтоеслигенерациялавиннеприводитккритическому усилению поля, необходимого для образования стримера, тоимеем дело с таким тлеющим разрядом, который описывается классическимтаундсендовским механизмом вплоть до перехода к самостоятельномуразряду.

Характеристики

Список файлов диссертации