Автореферат (1150470), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Результат моделирования обеих (широкой и узкой)составляющих осциллограммы тока приведен на рисунке 5.Глава 5 посвящена эффекту памяти(ЭП) длинной трубки при пробое в азоте.Исследовались два режима пробоя: 1)последовательностьюодиночныхимпульсов напряжения с фиксированнойамплитудой и изменяемым периодом; 2)последовательностьюпаримпульсовнапряжения фиксированной амплитуды ичастотыповторения,изменяемымпараметром была временная задержкамежду импульсами внутри пары. В обоихрежимахприменялисьимпульсысРис.5. Зависимость от времени тока влинейно-растущимфронтомисцепи катода. Прерывистая линия –длительностью импульса 10 мс.
Крутизнарезультат эксперимента, сплошная –6результат расчета. p = 1 Торр, Rб = 260 фронта изменялась в пределах (0,5 – 80)∙10В/с. Одиночные импульсы следовали скОм, U0 = 2,7 кВ.частотой от 0,1 до 30 Гц, пары импульсов подавались с частотой 5 Гц и спромежутком от 0.5 до 64 мс между импульсами пары.Как отмечалось выше, ЭП ранее изучался в работах по исследованию короткихразрядных промежутков(см. обзор [4] и ссылки в нем). При этом он наблюдался как11<Ub>,кВвлияние предшествующего разряда на время запаздывания τd пробоя относительнопереднего фронта импульса напряжения.
В настоящей работе ЭП наблюдался какзависимость динамического напряжения пробоя Ub от временной задержкиотносительно предыдущего разрядного импульса. Очевидно, что при заданнойкрутизне переднего фронта импульса напряжения (dU/dt) величина Ub однозначносвязана с τd.В первом режиме пробоя изучался характер зависимости Ub от dU/dt дляразличных периодов Т повторения импульсов. При отсутствии влияния предыдущегоимпульса на пробой величина Ub должна расти с ростом dU/dt [4]. Это обусловленоналичием конечного времени запаздывания пробоя. В данной работе такаязависимость действительно наблюдалась в случае редких импульсов (дляположительной полярности импульсов ‒ при Т = 1с).
При меньших периодах этазависимость демонстрировала резкий спад (рис.6). Одновременно наблюдалосьзаметное снижение статистического разброса напряжения пробоя. Форма кривых независела от балластного сопротивления и слабо менялась при сближении импульсов вдиапазоне Т = 50 ‒ 200 мс. Т.о., наблюдался ЭП с характерным временем ~100 мс. Вслучае пробоя отрицательным напряжением добиться сильного разброса ивозрастания Ub с dU/dt не удалось даже при периоде 10 с.1,7Одновременноснапряжением50 мс100 мс1,6пробояизмеряласьскорость200 мс1,5предпробойной волны ионизации. В1,41,3предыдущих работах по исследованию1,2пробоя длинных трубок [5, 6] находилась1,1зависимость этой величины от амплитуды1,00,9импульса приложенного напряжения.
При0,8этом пробойное напряжение оставалось101010dU/dt, В/снеизвестным. Измерения, проведенные вданной работе, позволили сопоставитьРис.6.Зависимость среднего пробойноговеличину скорости ВИ с реализующимсянапряжения от dU/dt. p = 0.6 Торр,периоды повторения импульсов 50, 100, динамическим напряжением пробоя при200 мс, Rб = 260 кОмразличныхзначенияхdU/dt.Эксперименты проводились в режиме зажигания разовых импульсов с периодом неменее 1 мин., т.е. при заведомом отсутствии ЭП.В этих условиях наблюдался значительный статистический разброс какзначений Ub, так и. Оказалось, тем не менее, что между ними существует явно( ) для различныхвыраженная корреляционная связь (рис.7).
Семейство кривыхdU/dt демонстрирует слабую зависимость от этого параметра, за исключениемминимальных его значений (5 В/мс).67812Во втором режиме пробоя былиполучены зависимости Ub(Δt) для диапазона140задержек Δt от 0,5 до 70 мс и различных120100значений dU/dt. При положительной80полярности импульсов для всех dU/dt в60области задержек 4 – 5 мс наблюдалось40превышение динамического напряжения200пробоявторогоимпульсаUb2над1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2U , кВпробойным напряжением первого импульсаРис.7. Зависимость скорости ВИ отUb1. Для этого, довольно необычного,величины динамического напряженияявления в работе использован терминпробоя.
p = 0,6 Торр, Rб = 260 кОм.«аномальный эффект памяти» (АЭП). В7области dU/dt < 10 В/с АЭП возникал в узком диапазоне Δt − 3÷5 мс и наблюдался ввиде максимума на кривой Ub2(Δt), который превосходил среднее значение Ub1 на 400В (рис.8). Увеличение Δt приводило к снижению Ub2 и выходу кривой на уровеньсреднего значения Ub1. При низких dU/dt и минимальных задержках, вплоть дообласти АЭП, регистрировался существенный предпробойный ток.180dU/dt = 5 В/мсdU/dt = 1750 В/мсdU/dt = 360 В/мсdU/dt = 280 В/мсdU/dt = 1560 В/мс6VИВ, 10 см/с160b2,42,22,22,0<Ub1>1,8Ub2 , кВUb2, кВ2,01,81,61,61,4<Ub1>1,21,41,01,2010203004010203040506070t, мсt, мсРис.8.
График зависимости Ub2(Δt),p =1 Торр, Rб=260 кОм,dU/dt=5,1∙106 В/сРис.9. График зависимости Ub2(Δt),p =1 Торр, Rб=260 кОм,dU/dt= 13∙106 В/сПри более высоких значениях параметра dU/dt область АЭП расширялась додиапазона от 0,5 до 15 мс (рис.9). При этом в максимуме Ub2 его превышение над Ub1достигало ≈ 1000 В. Повышение скорости роста напряжения приводило к снижениюмаксимума на кривых Ub2(Δt), так же как и повышение разрядного тока.
Волнаионизации всегда регистрировалась перед первым импульсом, а ее присутствие передвторым импульсом зависело от задержки. Графики на рис.10 показывают зависимости136VВИ10 см/сUb, кВUb2(Δt) и( )для второго импульса. Кривая для скорости ВИ начинается от Δt = 4мс, в области АЭП. При меньших задержках волна не регистрировалась,отсутствовали выбросы в цепи заземленного катода и резкие перепады напряжения натрубке в момент пробоя.2,4При отрицательной полярности2,2напряжения АЭП не обнаруживается2,0при высоких dU/dt, а в случае низких1,81,6скоростейростаимеетвид1,4небольшого локального максимума,1,2010203040превосходящего напряжение пробоя25первого импульса на 100 – 200 В.2015Волна ионизации не детектировалась10ни перед первым, ни перед вторым5импульсом.0Заключительная часть этой010203040t, мсглавыпосвященарассмотрениюРис.10.
Зависимости напряжения пробоя ивозможных механизмов наблюдаемыхскорости ВИ во втором импульсе отзакономерностей.Вышеужезадержки.отмечалось, что растущая зависимостьp =1 Торр, Rб=260 кОм,dU/dt= 6∙106 В/спотенциала пробоя от крутизны ростанапряжения, наблюдаемая для большого периода повторения импульсов, вполнеожидаема и наблюдалась ранее для коротких разрядных промежутков. Ситуация,когда Ub2<Ub1 («обычный» эффект памяти), также объяснима: оставшиеся отпредыдущего импульса электроны сокращают время запаздывания пробоя и этимуменьшают пробойный потенциал. Противоположный случай аномального ЭП(Ub2>Ub1) характерен отсутствием волны ионизации для соответствующих задержекΔt (рис.10). Подавление генерации волны может происходить из-за недостаточнобольшого скачка потенциала между анодом и стенкой ввиду наличия остаточныхэлектронов в этой области.
С другой стороны, заряженные частицы, оставшиеся вобъеме и на стенке, концентрирует внешнее поле внутри трубки, аналогично тому,как это происходит в активной фазе разряда [7]. Это обеспечивает возможностьразвития разряда за счет объёмной ионизации во всей трубке, без участия ВИ. Низкаяэффективность этой, распределенной по объёму, ионизации в сравнении с ионизациейво фронте ВИ может быть причиной аномального эффекта памяти. Его преодолениесвязано с восстановлением условий генерации ВИ.Падающий характер зависимости пробойного напряжения от dU/dt,появляющийся при сближении импульсов до ~ 100 мс (рис.6), свидетельствует оналичии ЭП такого временнóго масштаба.
В работах по изучению ЭП в коротких14разрядных промежутках в азоте [4] рассматривают для таких временных интерваловдва возможных механизма появления электронов, инициирующих пробой: ионноэлектронная эмиссия и эмиссия при гетерогенной рекомбинации атомов азота. Вслучае пробоя длинной трубки можно использовать такое рассмотрениеприменительно к первичному пробою между высоковольтным электродом иблизлежащим участком стенки трубки. Согласно современным представлениям [6],этот пробой формирует волну ионизации и таким образом инициирует пробой всейтрубки.
Оценки показывают, что в рассматриваемых условиях первый из этихпроцессов может обеспечить более интенсивный поток электронов и, следовательно,более низкий потенциал пробоя. При Δt ~ 100 мс ионы, которые до включенияэлектрического поля двигались в режиме свободной диффузии, переходят в режимдрейфа, производя при взаимодействии со стенкой вторичную эмиссию. Однако, еслинапряжение на аноде растет не достаточно быстро, то все ионы уходят из промежуткаеще до того, как поле достигнет достаточного для пробоя значения. Тогда источникоминициирующих электронов становится второй механизм ‒ гетерогеннаярекомбинация атомов. Эффективность эмиссии при этом падает, что приводит кросту напряжения пробоя.В Заключении формулируются основные результаты, полученные привыполнении работы.1.
Проведены исследования влияния предыдущего разрядного импульса нахарактеристики пробоя («эффект памяти»). Установлено, что предыдущий импульсвлияет на: 1) величину динамического напряжения пробоя; 2) зависимость величинынапряжения пробоя от крутизны фронта напряжения, подаваемого на электроды;3) скорость предпробойной волны ионизации. Установлена зависимостьисследованных характеристик от полярности приложенного напряжения.2. Обнаружено, что предыдущий импульс может приводить не только коблегчению, но и к затруднению пробоя, повышая пробойное напряжение(«аномальный эффект памяти»).3. Установлено, что в условиях существования аномального эффекта памятиреализуется особый, безволновой, механизм пробоя.4.
Впервые проведены одновременные измерения напряжения пробоя искорости волны ионизации. Установлено наличие корреляции между этимивеличинами.5. Обнаружено, что в области действия «эффекта памяти» увеличение скоростироста напряжения, прикладываемого к электродам, может приводить к резкомууменьшению динамического напряжения пробоя.156.
Обнаружен и исследован эффект «тёмной фазы» развития разряда в азоте.Необходимым условием его существования является положительная полярностьприложенного напряжения. Показано, что возникновение тёмной фазы в азотеобусловлено избыточной концентрацией электронов, остающихся после прохожденияволны ионизации.7. Даны объяснения наблюдаемых явлений, подтвержденные оценками,модельными или численными расчетами.Цитированная литература1. Ионих Ю.З., Уткин Ю.Г., Чернышева Н.В., Евдокименко А.С.
// Физика плазмы.1996. Т. 22. С.289.2. Дятко Н.А., Ионих Ю.З., Мещанов А.В., Напартович А.П.// Физика плазмы, 2005.Т.31. С.939.3. Дятко Н.А., Ионих Ю.З., Мещанов А.В., Напартович А.П., Шишпанов А.И. //Физика плазмы. 2011. Т. 37. С. 544.4. Pejović M.M., Ristić G.S.,KaramarkovićJ.P. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2002 V. 35. P.R91.5. Suzuki. T.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
