Диссертация (1150471)
Текст из файла
Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиШИШПАНОВ Александр ИгоревичЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХПРИ ПРОБОЕ ДЛИННОЙ РАЗРЯДНОЙ ТРУБКИ В АЗОТЕ ПРИ НИЗКОМДАВЛЕНИИСпециальность: 01.04.08 – физика плазмыДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико – математических наук,профессор Ионих Ю.З.Санкт-Петербург, 2014г.2ОглавлениеВведение ………………………………………………………………………………………...3Глава 1. Обзор Литературы…………………………………………………………………..8п.1.1 Пробой газа………………………………………………………………………...8п.1.2 Экспериментальное наблюдение волны ионизации…………………………..10п.1.3 Теоретическое описание волны ионизации…………………………………....13п.1.4 Эволюция представлений о процессах зажиганиядлинных разрядных трубок…………………………………………………………….17п.1.5 Изучение характеристик пробоя………………………………………………...20п.1.6 Характерные времена пробоя…………………………………………………....22п.1.7 Эффект памяти……………………………………………………………………25Глава 2.
Установка и методика эксперимента……………………………………………..29п.2.1 Установка и аппаратура………………………………………………………….29п.2.2 Методика измерений……………………………………………………………..33Глава 3. Исследование «темной фазы» развития положительного столбаразряда в азоте………………………………………………………………………............. 37п.3.1 Вводные замечания……………………………………………………………….37п.3.2 Наблюдение эффекта……………………………………………………………..39п.3.3 Пик яркости на переднем фронте разрядного импульса……………………….46п.3.4 Обсуждение результатов наблюдения эффекта «темной фазы».....................50Глава 4.
Выбросы тока на переднем фронте разрядного импульса……………………56п.4.1 Наблюдение эффекта………………………………………………....................56п.4.2 Измерение анодного тока.............................................................................58п.4.3 Предпробойный ток………………………………………………………………63п.4.4 Обсуждение результатов наблюдения тока в цепи катода…………………….64Глава 5. Эффект памяти в азоте...................................................................................71п.5.1 Вводные замечания………………………………………………………………..71п.5.2 Изучение зависимости динамического напряжения пробоя отэкспериментальных условий…………………………………………………………...74п.5.3 Связь скорости волны ионизации с быстротой роста напряжения…………....78п.5.4 Эффект памяти…………………………………………………………………....82п.п.5.4.1 Пробой с заземленным катодом……………………………………...83п.п.5.4.2 Эффект памяти для волны ионизации................................................89п.п.5.4.3 Пробой с заземленным анодом……………………………………….91п.5.5 Обсуждение результатов исследования эффекта памяти в азоте……………...95п.п.5.5.1 Вид зависимости Ub(dU/dt)…………………………………………...95п.п.5.5.2 Происхождение начальных электронов, приводящихк эффекту памяти……………………………………………………………….96п.п.5.5.3 О возможности присутствия начальных электроноввблизи катода…………………………………………………………………...101п.п.5.5.4 Влияние крутизны фронта разрядного импульсана начальные электроны………………………………………………………..102п.п.5.5.5 Эффект памяти при пробое парами импульсов напряжения.Заземленный катод……………………………………………………………....107п.п.5.5.6 Эффект памяти для волны ионизации……………………………....110п.п.5.5.7 Эффект памяти при пробое парами импульсов напряжения.Заземленный анод…………………………………………………………….....112Заключение…………………………………………………………………………………......114Литература……………………………………………………………………………………...1153Введение.Существует обширный класс явлений, сопровождающих возникновение тлеющегоразряда и непосредственно связанных с процессами приобретениягазом электрическойпроводимости и установления параметров разряда.
Важность их изучения обусловленараспространенностью применения газового разряда и необходимостью его получения вразличных условиях. Многие промышленно значимые технологии не мыслимы безприменения газоразрядных лазеров. Все большее распространение получает методплазменного травления и плазменной обработки поверхностей. Плазменные экраны вомногом превосходят жидкокристаллические аналоги, позволяя конструировать большиепанно с высокой яркостью и контрастностью. Широко распространены газоразрядныеприборы в электронике высоких токов и напряжений (разрядники, формирователиимпульсов и т.д.)Одним из самых распространенных приложений тлеющего разряда являетсяосветительная техника. На данный момент все более широкое распространение получаюткомпактные люминесцентные лампы. Эти лампы часто выпускаются со встроеннымэлектронным дросселем (пускорегулирующим устройством), благодаря чему имеютулучшенные характеристики в сравнении с традиционными люминесцентными лампами –более быстрое включение, отсутствие мерцания за счет питания ВЧ напряжением.
Приэксплуатации в правильном режиме такая лампа может работать гораздо дольше лампнакаливания, потребляя, в среднем, в пять раз меньше электроэнергии. В связи с этим вновьповышается интерес к изучению процессов при зажигании длинных трубок с цельюполучения наиболее выгодного режима зажигания компактных ламп, о чем свидетельствуютпоследние публикации.В настоящей работе речь пойдет о ряде таких явлений, которые наблюдались напротяжении нескольких лет в экспериментах по импульсному зажиганию (пробою) длиннойразрядной трубки в газах низкого давления.Длинной считается трубка, у которой межэлектродное расстояние существеннопревосходит ее диаметр и размеры электродов. Пробой таких разрядных систем представляетсобой сложный процесс, в общем случае не сводящийся к развитию электронных лавин черезвесь разрядный промежуток. Это связано с резкой неоднородностью электрического поля,приводящей к тому, что плотность его силовых линий велика вблизи электродов ипрактически отсутствует в центральной части трубки.
Представления о механизме такогопробоя подробно изложены в научной литературе.4Для длинных разрядов в качестве такого механизма рассматривают прохождениеволны ионизации, представляющую собой локализованную в пространстве и времениобласть высокого значения напряженности электрического поля, взаимодействующего счастицами газа. Во фронте волны происходит интенсивная ударная ионизация иформируется плазма, создающая начальную проводимость трубки. Волна ионизации какфизический объект сама по себе представляет интерес, и часто она исследуются вне связи спробоем.Характеристики электрического пробоя в системах любой конфигурации являютсястохастическими величинами.
Кроме того, они сильно подвержены влиянию внешних ивнутренних факторов разрядной системы. В частности, при консервации внешних условийможно обнаружить «эффект памяти», который состоит во влиянии предыдущего разряда нахарактеристики пробоя. Это влияние обеспечивается разного рода частицами, природакоторых может быть весьма разнообразна. В условиях импульсного разряда это, как правило,заряженные и метастабильные частицы, произведенные в предыдущем разряде. Также этомогут быть электроны, которые излучаются катодом вследствие инерции автоэмиссионныхпроцессов, запущенных во время предыдущего разрядного импульса.Можно выделить другой сорт явлений, возникающих после пробоя разрядногопромежутка, но до установления стационарного разряда.
Их природа связана с релаксациейпараметров разряда после пробоя к установившимся значениям. Оба класса явлений изученыне столь подробно, как пробой или же стационарный разряд. В особенности это справедливопо отношению к исследованиям в длинных трубках.Последнее обстоятельство во многом определило тематику настоящей диссертации.Имеется значительное количество публикаций, в которых изучается эффект памяти вкоротких разрядах, однако нам не известны работы, посвященные его наблюдению вдлинных разрядных трубках, то есть в условиях волнового пробоя.
Вместе с тем информацияо поведении характеристик пробоя может иметь практическую ценность при разработке, кпримеру, новых энергосберегающих газоразрядных ламп освещения.Эффект памяти может наблюдаться как зависимость динамического напряженияпробоя от промежутка времени после окончания предыдущего разряда. Согласноисследованиям для коротких трубок, близость предыдущего разряда должна приводить кснижениюнапряженияпробоя.Этот,довольноочевидный,фактотражаетсуть«нормального» эффекта памяти. Однако в настоящей работе были обнаружены особенности,которые не упоминались ни в одной известной нам публикации. В частности, приисследовании пробоя в азоте наблюдались две характерные ситуации: наравне с описанным5«нормальным» эффектом, был обнаружен обратный к нему. Суть обратного эффекта состоитв увеличении пробойного напряжения последующего импульса при определенныхинтервалах между импульсами.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
