Диссертация (1104506), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Период магнитногополя составлял мкс (Lо – индуктивность, С0 – разрядная емкость), апродолжительность исследуемой стадии искрового разряда ≈ 1 мкс. В связи сэтим, магнитное поле в течение 1 мкс считается постоянным. Синхронизацияэлектрического пробоя газа с магнитным полем осуществлялась такимобразом,чтобыпробойпроисходилпримаксимальномзначениинапряженности поля.Измерение импульсных магнитных полей производилось миниатюрныминдукционным датчиком - катушкой, намотанной (10 витков) на фарфоровуютрубку диаметром 0,15 см. Провод выбирался, возможно малого диаметра (2r= 0,01см) и имел шелковую изоляцию, длина намотки составляла 1-0,2 см.18Миниатюрный индукционный датчик крепился к фарфоровой трубке иразмещался на оси промежутка. На пассивную интегрирующую RC –цепочку поступал сигнал с катушки. Постоянная времени RC = 3∙10-2 с >>Тн≈6∙10-4 с.Поясом 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 иизмерениеполяприизучениипробоя.Сосциллографируемымсконденсатора 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 δB≈10%.Время диффузии поля в материал электродов равнон r2 3 105 c , 0 C2т.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 - наслаботочныхинтенсивностистадиях,аспектральныхпроводимости плазмы.температурулинийиплазмыонапотакжеотносительнойоцениваласьпо19Третья глава посвящена исследованию и анализу на начальных стадияхформированияпробояэкспериментальныхданныхповремениформирования, мощности и энергии вкладываемых в разряд (§3.1),пространственно-временных картин свечения промежутка, полученных сиспользованиемоптическогоэлектрооптическогопреобразователяФЭР-2затвора(ЭОЗ)синхронносиэлектронно-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), гдеr - радиус Ларморовой орбиты,- длина свободного пробега, т.е.
величинамагнитного поля (Н=250 кЭ) больше критического значения.По характерным осциллограммам напряжения на разрядном промежуткепри импульсном пробое He и Ar при атмосферном давлении определялизависимости 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).ВременаразвитияначальныхстадийпробояHeзависятотнапряженности внешнего продольного магнитного поля и имеют тенденциюк уменьшению с увеличением внешнего магнитного поля.
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 энергия20вкладываемая 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.По результатам зависимости времени формирования разряда отнапряженности магнитного поля ηф=f(Н) и плотности энергии, вводимой вразряд ηф = f(w0/р) в Ar для промежутка длиной d = 0,1 см при атмосферномдавлении показано, что времена формирования c изменением магнитногополя от 0 до 210 кЭ меняются от 160 до 90 нс для перенапряжений W = 0%.Время формирования уменьшается от 160 до 80 нс при увеличенииперенапряжения 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 магнитногополя до 250 кЭ. Причем, зависимость( ) начинается где-то в областикритического значения напряженности магнитного поля, которая различнадля различных давлений и газов.Наложение сильного продольного магнитного поля на газовый разрядприводит к ускорению процесса образования критического объемного зарядаза счет уменьшения диффузии и возрастания первого ионизационногокоэффициента Таунсенда. В нашем случае более применима схема разряда,предложенная для коротких промежутков так называемый – «Плазменныймеханизм развития разряда» [13]. Согласно этой схеме время формированиядолжно уменьшаться с увеличением напряженности внешнего магнитного21поля, что мы и получаем [21.22].
Эти результаты согласуются с данными,полученными в работе [3].Для 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.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.Уменьшениепродольныхдлинымагнитныхсвободногополяхпробегаприводиткэлектронавсильныхуменьшениювремениформирования 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) ().22По влиянию продольного магнитного поля на время спада отнапряжения пробоя до напряжения горения квазистационарного дуговогоразряда можно было высказаться в пользу механизма образованиявысокопроводящего канала, в результате образования катодного пятна идрейфа через плазму объемного разряда термоэлектронного пучка.Полученноеэкспериментальноповышениенапряжениягоренияквазистационарной дуги в продольном магнитном поле говорит о том, чтоискровой канал потребляет дополнительную энергию на создание ударнойволны [3].Важной величиной, характеризующей пробой газов является изменениепробивного напряжения в магнитном поле, которое, исходя из условиязажиганиягазовогоразряда,связывалосьсизменениемкоэффициента α, так как со вторым коэффициентом связано образованиекатодного пятна [23].
Еще Таунсендом, по изменению потенциала зажиганиягазового разряда в магнитном поле, было обнаружено увеличение первогоионизационного коэффициента в магнитном поле в √( ) раз [24].Действительно, пробивная прочность газов зависит от ycловий ростакоэффициентаионизацииэлектронами,причемподостижениикоэффициентом определенного значении, приблизительно одинакового длявсех газов, происходит пробой.
Надо отметить, что условия ростакоэффициента α в различных газах различны; в многоатомных газах потериэнергии электронами на различные столкновения велики, преобладаетступенчатая ионизации, следовательно, для пробоя требуются большиеэлектрические поля, чем в одноатомных газах.
Значит, условия роста первогокоэффициента Таунсенда α до пробивного значения в различных газах однозначно определяют время формирования пробоя. Наложение внешнегосильного продольного магнитного поля либо облегчает условия роста α(уменьшает время формирования, так для d=1 мм, H=200 кЭ, tф=12 нс,Uпр=2180 В, а при H= 0 кЭ, tф=16 нс, Uпр=2250 В), либо затрудняет23(увеличивает время формировании, так для d = 3 мм, H = 100 кЭ, tф=140 нс,Uпр= 6870 В, а при H=0 кЭ, tф=60 нс, Uпр=6800 В).Далее обнаружено, что внешнее магнитное поле на одноатомные газыгелий, аргон влияет сильнее, чем на многоатомные газы при одних и тех жеусловиях.
Это связывается е условием роста коэффициента α.Как уже было отмечено, уменьшение времени формировании вмагнитномполесвязываетсясболееинтенсивнымобразованиемпространственного заряда в магнитном поле, приводящим к увеличениюВлияниенебольшогоискаженияоднородностиполя.полемпространственного заряда учитывается соотношением [18].∫где(- напряженность приложенного поля,поля)∫- приращение напряженностииз-за пространственного заряда (при наличии пространственногозаряда поле будет определяться как),потенциалов из-за пространственного заряда,ионизационного коэффициента при- приращение разности- значение первогои- значение того же коэф-Согласно этой формуле, коэффициентбудет возрастать болеефициента при.интенсивно 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.Сдругой стороны, повышение напряжения перехода искры вквазистационарную дугу в магнитном поле связано с усилением возвратаэлектронов на катод, что приводит к торможению процесса образования24катодного пятна. Следовательно, преодоление тормозящего действиямагнитного поля происходит при затрате дополнительной энергии, что понашему мнению, может привести к повышению напряжения горенияквазистационарной дуги.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
