Диссертация (1149790), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Все представленные в работе результатыполученыавторомлично.Впроцессеработыавторпользовалсяконсультациями к.ф.-м.н. Е.А. Богданова.Апробация полученных результатов. Результаты диссертационнойработы были доложены на конференциях:- 40th European Physical Society Conference on Plasma Physics, Эспоо,Финляндия, 1-5 июля, 2013.- XXXI International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG),Гранада, Испания, 14-19 июля, 2013.- 66th Annual Gaseous Electronics Conference, Принстон, Нью Джерси,США, 30 сентября – 4 октября, 2013.14- 41ая Звенигородская Конференция по физике плазмы и управляемомутермоядерному синтезу, Звенигород, Россия, 4 – 9 февраля, 2013.- 67th Annual Gaseous Electronics Conference, Роли, Северная Каролина,США, 2 – 7 ноября, 2014.- 57th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, Саванна,Джорджиа, 16–20 ноября, 2015.- 42th European Physical Society Conference on Plasma Physics, Левен,Бельгия, 4 – 9 июля, 2016.- Всероссийская (с международным участием) конференция по физикенизкотемпературной плазмы ФНТП-2017, Казань, Россия, 5-9 июня,2017.- 39th PIERS (Progress in electromagnetic research), Сингапур, 19-22ноября, 2017.Структура и объем диссертационной работы.
Работа состоит извведения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего146 наименований, и приложения. Диссертация изложена на 172страницах, содержит 39 рисунков и 2 таблицы.Публикации. Автор имеет 17 опубликованных работ, в том числе по темедиссертации 10, входящих в перечень ВАК и индексируемых в базеScopus–16.1. Eliseev S. I., Demidov E. V., Bogdanov E. A., Kudryavtsev A. A., Spatialdistribution of parameters in normal micro-DC glow discharge in air //IEEETransactions on Plasma Science. – 2014.
– Т. 42. – №. 10. – С. 2560-2561.2. Demidov E. V., Eliseev S. I., Bogdanov E. A., Kudryavtsev A. A., Gas heatingand transition to obstructed mode in DC glow microdischarge in air //IEEETransactions on Plasma Science. – 2014. – Т. 42. – №. 10. – С. 2558-2559.3.
Xia G., Chen Z. Saifutdinov A. I., Eliseev S. I., Hu Y., Kudryavtsev A. A.,Longer microwave plasma jet with different discharge performances originated15by plasma–surface interactions //IEEE Transactions on Plasma Science. – 2014.– Т. 42. – №. 10. – С. 2768-2769.4. Liu H., Li M., Ning Z., Ren J., Tang H., Yu D., Demidov E.
V., Eliseev S. I.,Kudryavtsev A. A., 2-D modeling of orificed hollow cathodes of stationaryplasma thrusters spt-100 //IEEE Transactions on Plasma Science. – 2015. – Т.43. – №. 12. – С. 4024-4033.5. Li M., Liu H., Ning Z., Ren J., Tang H., Yu D., Demidov E. V., Eliseev S. I.,KudryavtsevA.A.,2-Dextendedfluidmodelofapplied-fieldmagnetoplasmadynamic thruster with solid and hollow cathodes //IEEETransactions on Plasma Science. – 2015.
– Т. 43. – №. 12. – С. 4034-4042.6. Chen Z., Xia G., Zou C., Li P., Hu Y., Ye Q., Eliseev S. I., Stepanova O. M.,Saifutdinov A. I., Kudryavtsev A. A., Liu M., Study on hairpin-shaped argonplasma jets resonantly excited by microwave pulses at atmospheric pressure//Journal of Applied Physics. – 2015. – Т. 118. – №. 2. – С.
023307.7. Eliseev S. I., Kudryavtsev A. A., Bogdanov E. A., Comment on “Effect of theelectron energy distribution on total energy loss with argon in inductivelycoupled plasmas”[Phys. Plasmas 22, 013501 (2015)] //Physics of Plasmas. –2015. – Т. 22. – №. 4. – С. 044701.8. Li M., Liu H., Ning Z., Ren J., Tang H., Yu D., Eliseev S. I., KudryavtsevA. A., Design Optimization of Magnetoplasmadynamic Thruster UsingNumerical Methods //High Temperature Material Processes: An InternationalQuarterly of High-Technology Plasma Processes.
– 2014. – Т. 18. – №. 1-2.9. Liang Y., Yuan C., Gao R., Jia J., Kirsanov G. V., Bekasov V. S., Marin, A. A.,Kudryavtsev A. A., Eliseev S. I., Zhou Z., Investigation of Low-Pressure GlowDischarge in a Coaxial Gridded Hollow Cathode //IEEE Transactions onPlasma Science.
– 2016. – Т. 44. – №. 12. – С. 2965-2972.10.Eliseev S. I., Kudryavtsev A. A., Comment on “A large volume uniform plasmagenerator for the experiments of electromagnetic wave propagation inplasma”[Phys. Plasmas 20, 012101 (2013)] //Physics of Plasmas. – 2016. – Т.23. – №.
9. – С. 094701.1611.Eliseev S. I., Kudryavtsev A. A., Liu H., Ning Z., Yu D., Chirtsov A. S.,Transition from glow microdischarge to arc discharge with thermionic cathodein argon at atmospheric pressure //IEEE Transactions on Plasma Science. –2016. – Т. 44. – №.
11. – С. 2536-2544.12.Yuan C., Bogdanov E. A., Eliseev S. I., Kudryavtsev A. A., 1D kineticsimulations of a short glow discharge in helium //Physics of Plasmas. – 2017. –Т. 24. – №. 7. – С. 073507.13.Eliseev S. I., Bogdanov E. A., Kudryavtsev A. A., Slow electron energy balancefor hybrid models of direct-current glow discharges //Physics of Plasmas. –2017. – Т. 24. – №. 9. – С. 093503.14.Yuan C., Yao J., Eliseev S. I., Bogdanov E. A., Kudryavtsev A. A., Zhou Z.,On self-sustainment of DC discharges with gridded anode //Journal of AppliedPhysics. – 2017. – Т. 122.
– №. 14. – С. 143304.15.Yuan C., Tian R., Eliseev S. I., Demidov V. I., Kudryavtsev A. A., Zhou Z.,Local Magnetic Control in a Large-Scale Low-Pressure Nonlocal PlasmaSource //IEEE Transactions on Plasma Science. – 2017.16.Yuan C., Tian R., Eliseev S. I., Bekasov V. S., Kudryavtsev A. A., Zhou Z.,Efficient broadband electromagnetic absorber based on direct-current dischargewith gridded anode//Journal of Applied Physics, to be published in 2018.17Глава 1. Обзор литературыИстория исследования тлеющего разряда насчитывает уже более сталет. В свое время именно благодаря исследованиям тлеющего разряда былосделано множество важнейших физических открытий. В настоящее времяроль газового разряда в исследовании фундаментальных законов природыпочти сошла на нет. Однако в то же время, число существующих ипотенциальных приложений газовых разрядов необъятно.
Поэтому напрактике зачастую требуется иметь возможность предсказывать свойстваразряда и проектировать разрядные устройства. Этим обусловлено возросшеевнимание, уделяемое научным сообществом вопросам формулировкиподходов к численному моделированию газовых разрядов различных типов.В данной главе приведено описание основных свойств тлеющегоразряда постоянного тока, а также обзор экспериментальных, теоретическихи расчетных работ, посвященных исследованию прикатодных областейтлеющего разряда (катодного слоя, отрицательного свечения и фарадееватемного пространства). Также приведен обзор исследований в значительноменьшей степени изученного разряда с сетчатым анодом, в которомключевую роль играет нелокальная ионизация.1.1.
Пробой разрядного промежутка и условие самоподдержания разрядаДля рассмотрения основных физических процессов, протекающих втлеющих разрядах постоянного тока, принципиально важно понятие пробоягазоразрядногопромежутка.Дляначаларассмотримпростейшийэксперимент в газоразрядной трубке с плоскопараллельной конфигурациейэлектродов, подключенных в цепь с источником питания. Для облегченияэкспериментальныхисследованийпробойныхявленийзачастуюиспользуются внешние источники ионизации, создающие затравочныеэлектроны (путем облучения газа или поверхности катода ультрафиолетовымизлучением).
Рождающиеся таким образом заряды гибнут либо в объеме (в18результате рекомбинации или, в случае электронов, прилипания), либо настенках трубки. При подаче напряжения на электроды часть зарядов будетвытягиваться из промежутка и будет регистрироваться слабый ток. Припостепенном повышении напряжения регистрируемый таким образом токбудет также расти до тех пор, пока не достигнет насыщения, когдапрактически все образующиеся в объеме в единицу времени заряженныечастицы будут вытягиваться на электроды [1].С дальнейшим увеличением напряжения в разрядном объеме начинаетпроисходить ионизация атомов или молекул нейтрального газа. Электроннабирает энергию во внешнем электрическом поле и теряет ее присоударениях.Кактолькоэнергияэлектронапревышаетпотенциалионизации, он ионизирует атом или молекулу, теряя при этом энергиюпорядка энергии ионизации (до этого момента преобладают потери энергиина упругие столкновения).
В результате образуются два электрона, каждыйиз которых вновь ускоряется в поле и способен ионизировать атомы газа.Таким образом начинается лавинообразный процесс увеличения числаэлектронов в разрядном промежутке, которое регистрируется значительнымувеличением тока в цепи и видимой вспышкой света [1,2].При дальнейшем увеличении напряжения ток будет вновь расти,однакодоопределенногомоментаразрядбудетоставатьсянесамостоятельным – при отключении внешнего источника ионизации онпогаснет.Родившийсяпромежуткеe d 1вблизиповерхностикатодаэлектронрождаетвионов ( – ионизационный коэффициент Таунсенда,зависящий от напряженности электрического поляE,d– длинаdмежэлектродного промежутка), которые придут на катод и выбьют (e 1)электронов.
Для того, чтобы разряд был самостоятельным, необходимо,чтобы образующиеся в результате прохождения одиночной лавины ионы при19их вытягивании на катод выбивали с его поверхности по крайней мере одинэлектрон. Отсюда следует условие зажигания самостоятельного разряда: (e d 1) 1, ,(1)В этом случае разряд может поддерживаться только за счетэмиссионных процессов, без внешнего источника ионизации. Переходнесамостоятельного разряда в самостоятельный может рассматриваться какнепосредственный пробой разрядного промежутка.
Условие (1) при этомопределяет напряжение самоподдержания (пробоя) Vt в зависимости отмежэлектродного расстояния d .Следует, однако, отметить, что в отсутствии внешнего ионизаторанапряжениепробояинапряжениесамоподдержанияразрядамогутотличаться. При эксперименте без ионизатора необходимо по крайней меренебольшое перенапряжение, чтобы развился самостоятельный разряд.Пробой в цепи с балластным сопротивлением проходит по следующемусценарию.
При подаче напряжения V Vt на электроды происходит пробойразряда. Ток и ионизация в газе нарастают до тех пор, пока не будутскомпенсированыбалластнымсопротивлением,накоторомпадаетувеличивающаяся с током часть напряжения источника IR (где R – величинасопротивления). В это время напряжение на электродах падает до тех пор,поканедостигнетзначения,соответствующегонапряжениюсамоподдержания разряда. Если определить напряжение пробоя какзначение, при котором экспериментально наблюдается пробой промежутка,то оно будет отличаться от напряжения самоподдержания, определяемогосогласно (1), на величину «перенапряжения» V V Vt , которое будетзависетьотконкретныхэкспериментальныхэксперимента.20условийичистоты1.2.Вольт-ампернаяхарактеристикаиосновныетипыразрядапостоянного токаВеличина внешнего сопротивления R определяет ток зажигающегосясамостоятельного разряда и, соответственно, тип разряда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
