Диссертация (1149790), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Плотность тока в рассматриваемом случаесоставила 4.2 мА/см2, при этом плотность тока ионов через сетку составила0.8 мА/см2, порядка 20% разрядного тока. Максимум концентрацииэлектронов в плазме составил 5·1012 см-3, точка максимума расположена нарасстоянии 3 мм от анода.133Рисунок 30.

(а) – ВАХ разряда с сетчатым анодом в гелии при давлении 15Торр, (б) – концентрация электронов в плазме пространства за анодом приразличных напряжениях разряда.На рисунке 30(а) представлена рассчитанная ВАХ разряда с сетчатыманодом для рассмотренных условий. Вид характеристики в целом схож сВАХ тлеющего разряда в плоскопараллельной геометрии (см.

рисунок 4). Нарисунке 30(б) представлены пространственные распределения электронов вплазме за анодом, полученные для различных напряжений разряда Va =200,240 и 280 В. Максимум концентрации во всех случаях расположен близко канодной сетке, с увеличением напряжения точка максимума немногосмещается в сторону от анодной сетки, что объясняется ростом пробегабыстрых электронов с ростом приложенного напряжения. После максимумаионизация становится незначительной, и концентрация начинает линейноспадать вплоть до диэлектрической стенки, что соответствует решениюуравнения диффузии в отсутствии ионизации.4.3 . Исследование самоподдержания разряда с сетчатым анодомКакотмечалосьвыше,тенемногиесуществующиеработы,посвященные теоретическому анализу разряда с сетчатым анодом [113,114],используют приближение локального поля для описания ионизации вразряде.

В этом случае условие самоподдержания разряда сводится кусловию пробоя Таунсенда в виде:134dc  ( E / N )  ln(1 01 ).(83)Такое рассмотрение пренебрегает вкладом ионов, приходящих изобластиплазмы,всамоподдержаниеразряда.Очевидно,чтоприрассмотрении разряда, в котором определяющую роль играет нелокальнаяионизация, подобное рассмотрение является излишне упрощенным. Впредставленных выше результатах приходящие из плазмы за анодом ионысоставляли 20% всего разрядного тока.

Поэтому для рассмотрениясамоподдержания разряда с сетчатым анодом необходимо воспользоватьсяобщим условием в виде (см. [3]):je (dc ) ji (dc )1 1 .je (0)je (0)(84)Соотношение (83) может быть получено из (84) путем пренебрежения потокаионов из плазмы ji (dc ) .Для того, чтобы продемонстрировать роль приходящих из зааноднойплазмы ионов в формировании разряда с сетчатым анодом, был проведен рядрасчетов, в котором анод искусственно закрывался путем задания нулевойпрозрачности сетки   0 .

Расчеты в этом случае проводились только вмежэлектродном промежутке (область I, см. рисунок 27). Поскольку всеостальные параметры разряда (давление, тип газа и материал электродов,длина межэлектродного промежутка и т.д.) оставались неизменными,сопоставление результатов расчетов со случаем открытой сетки нагляднопокажет степень влияния ионов, приходящих из области за анодом, насамоподдержание разряда.Были проведены расчеты для случаев  =0 и  =0.7.

ИзменениебалластногосопротивленияпозволилополучитьВАХразрядарассмотренных случаях. Сопоставление ВАХ представлено на рисунке 31.135вРисунок 31. Сопоставление ВАХ, рассчитанных для случае   0 и  =0.7.Зеленым обведены точки, для которых проведено сопоставлениерассчитанных параметров разряда.На рисунке 31 могут быть выделены две области. В области низкихтоков напряжение разряда меньше для  =0.7, в то время как в области болеевысоких разрядных токов вольт-амперных характеристики для обоих случаевсовпадают. Получается, что при более высоких токах наличие области заанодом не влияет на ВАХ разряда.

Данное обстоятельство требуетдополнительного анализа.Рисунок 32. Сопоставление параметров разряда в межэлектродномпромежутке для случаев  =0 и  =0.7 при одинаковой плотности тока j =4.5мА/см2. (а) – концентрации заряженных частиц, (б) –напряженностьэлектрического поля.136На рисунке 32 представлено сопоставление параметров разряда вмежэлектродном промежутке при одной и той же плотности тока j =4.5мА/см2, что соответствует области низких токов на рисунке 31. Разрядныенапряжения Va составили 192 В в случае  =0.7 и 201 В в случае  =0. Нарисунке 32(а) представлено сопоставление концентраций заряженных частицв межэлектродном промежутке, на рисунке 32(б)– сопоставлениенапряженности электрического поля в промежутке. Как видно, в обоихслучаях катодный слой занимает весь межэлектродный промежуток.

Вслучае закрытой анодной сетки это свидетельствует о том, что разряд близокк поднормальному – плазма не образуется, однако напряженностьэлектрического поля в некоторой степени искажена объемным зарядом.Концентрация ионов вблизи анода больше в случае  =0.7 из-за ихприхода из плазмы, образующейся в области за анодом. Напряженностьэлектрического поля в этой области меньше в случае  =0.7, поскольку дляподдержания разряда необходимы меньшие поля. Так, если мы перепишемусловие поддержания разряда (84) в виде:dcexp[   ( E / N )]  1 01 ji (d c ), je (0)(85)то становится ясно, что приход ионов из плазмы приводит к уменьшениюразрядного напряжения.137Рисунок 33.

Сопоставление параметров разряда в межэлектродномпромежутке для случаев  =0 и  =0.7 при j =7.95 мА/см2. (а) –концентрации заряженных частиц, (б) – напряженность электрического поля.На рисунке 33 представлены аналогичные сопоставления параметровразряда в межэлектродном промежутке для случая плотности тока 7.95мА/см2 (напряжение в обоих случаях составило 237 В). Обращает на себявнимание тот факт, что полученные в расчете распределения почтиидентичны.

В обоих случаях катодный слой занимает лишь часть разрядногопромежутка, и вблизи анода образуется плазма. Образование плазмыприводит к обращению электрического поля, точка обращения расположенавблизи максимума концентрации. Поле, направленное к аноду, запираетприходящие из заанодной плазмы ионы (что приводит к несколько большейконцентрации ионов у самой границы межэлектродного промежутка в случае =0.7).

Поэтому только ионы, образовавшиеся до точки обращения поля,придут на катод и приведут к вторичной эмиссии электронов. Таким образомв обоих случаях число ионов, приходящих на катод, одинаково (третий членв (85) идентичен в обоих случаях), что приводит к одинаковым напряжениямразряда и идентичным ВАХ в области более высоких разрядных токов.Следует отметить, что идентичность вольт-амперных характеристикпредполагает одинаковую мощность, требуемую для поддержания разряда вобоих случаях. В то же время в случае  =0.7 при тех же значениях138разрядного тока и напряжения в пространстве за анодом образуется плазмасо значительной концентрацией заряженных частиц.

Получается, что наобразование плазмы не тратится энергии, что не может соответствоватьдействительности. На самом деле, та энергия быстрых электронов, которая вслучае  =0.7 идет на образование плазмы, в случае  =0 будет уноситься наанод. Поэтому быстрые электроны будут вносить больший вклад вразрядный ток в случае  =0, чем в  =0.7, что не учтено в модели. В связи сэтим ожидается, при проведении экспериментального исследования разряда ссетчатым анодом и закрытием анодной сетки, такого идентичногосовпаденияВАХнаблюдатьсянебудет.Однакоразницамеждурассчитанными и измеренными ВАХ будет незначительной. Так, в [122]было показано, что ток, переносимый быстрыми электронами, составляетлишь малую часть от общего тока.

В то же время представленная модельпозволяет сделать оценки той мощности, которая уходит на образованиеплазмы в пространстве за анодом, путем интегрирования источникаионизации в нем и умножив на цену образования электрон-ионной пары вгелии (41.5 эВ, смотри [113]). Оценки для рассмотренного выше случая ( Va=237 В, j =7.95 мА/см2) показывают, что эта мощность составляет порядка5% от общей разрядной мощности. Поэтому в экспериментально измеренныхВАХ ожидается разница того же порядка, что все равно позволит выделитьучастки на ВАХ, аналогично рассмотренным здесь.Таким образом, проведенные расчеты показали, что в зависимости отразрядных условий область за анодом может служить как важнымисточником ионов, необходимых для поддержания разряда при приложенномнапряжении, так и балластной камерой, не оказывающей значительноговлияния на электрические характеристики разряда.

Ключевые аспектыиспользуемого подхода, а именно учет нелокального характера ионизации,самосогласованный расчет толщины катодного слоя и сформулированное139граничное условие прозрачности, позволили получить простое и ясноеобъяснение полученным результатам..4.4 . Исследование концепции создания поглощающего плазменногопокрытия на основе разряда с сетчатым анодомКак отмечалось ранее, повышенный интерес к источникам плазмыбольшого объема связан с проведением исследований прохождения ЭМ волнв плазме.

Две основные задачи – решение проблемы, связанной с «reentryblackout» [123-131], и создание плазменных покрытий, которые были быспособны поглощать ЭМ волны в широком диапазоне частот [132-136]. Длядостижениянедостаточнопрогрессавсозданиирассмотренияэффективныхпрохожденияволныстелс-технологийсквозьплазму,описываемую в виде слоя с концентрациями электронов и частотойстолкновений, используемых в качестве внешних параметров.

Известно, чтосоздание плазмы с заданными значениями ne и  ea является трудной задачейдаже в лабораторных условиях, не говоря о конкретных летательныхаппаратах. Поэтому необходимо предложение конкретных методов созданияплазменных покрытий и проведения исследований их перспективности.ПрохождениеЭМволныводнороднойплазмеопределяетсяследующими соотношениями. В том случае, если частота падающей волныбольше плазменной частоты электронов, то падающая волна отразится отплазмы. В обратном случае волна пройдет сквозь плазму. Поглощения волнытогдабудетопределятьсячастотойэлектрон-атомныхстолкновений.Известно, что для того, чтобы плазма могла эффективно поглощать ЭМволны,онадолжнаиметьпространственныйградиентизмененияконцентраций порядка длины волны и высокую частоту электрон-атомныхстолкновений [137-139]. Поэтому перспективным методом создания плазмыпредставляется использование электронных пучков.

Характеристики

Список файлов диссертации