Диссертация (1150471), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Эффект ТФ наблюдался во всехперечисленных случаях. Расчеты, выполненные в работах [48-50], воспроизводят эффект ТФ.Во всех случаях из расчетов следовало, что эффект обусловлен избыточной концентрациейметастабильных атомов, образующихся в начале разрядного импульса. Результаты такогорода расчетов не зависят от полярности приложенного напряжения. Оптические измерения вработах [48-50] велись через торцевое окно трубки, т.е. регистрировалось интегральное подлине положительного столба излучение, поэтому развитие ВИ и ее влияние на ТФ не моглобыть обнаружено. Мы провели дополнительные экспериментальные исследования разрядагелии и аргоне высокой чистоты в условиях работ [48, 49] при различной полярностинапряжения питания, с тем, чтобы выяснить влияние смены полярности напряжения на ТФ винертных газах.На рисунке 3.6 приведены примеры осциллограмм интегральной яркости излученияразрядов в гелии и аргоне при различных полярностях напряжений, демонстрирующие44темную фазу.
На всех рисунках видны первоначальные узкие всплески интенсивности,связанные с пробойными процессами, после которых наблюдается пауза свечения. В гелии впредставленных условиях она длится 600 – 700 мкс, а в аргоне 1 – 1,5 мс. Переход отположительной полярности к отрицательной меняет форму кривых, однако не приводит кисчезновению ТФ.0,0070,030,020,010,000,041,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,00,030,020,01интенсивность, отн.ед.интенсивность, отн.ед.0,040,000,0060,0050,0040,0030,0020,0010,0000,0100,0090,0080,0070,0060,0050,0040,0030,0020,0010,0001,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,01,52,02,53,03,54,04,55,01,52,02,53,03,54,04,55,0t, мсt, мс3,5353,0302,5252,020i, мАi, мА(а)(б)Рис.3.6 Темная фаза в инертных газах. а) гелий, 5 Торр, Rб = 260 кОм, напряжениеисточникаU0: -3,6 кВ (верхний график), + 3,5 (нижний график); б) аргон, 5 Торр, балластноесопротивление Rб =1,1 мОм,U0= +3,5 кВ (верхний график), -3,5 кВ (нижний график), периодповторения импульсов 200 мс.1,51,00,51050,00,010 01000200030000140040001600180020002200240026001600180020002200240026000,60,0080,0060,0040,0020,000010002000t, мкс30004000интенсивность,отн.ед.интенсивность,отн.ед.150,50,40,30,20,11400t, мкс(а)(б)Рис 3.7 Временные зависимости разрядного тока и интенсивности излучения.
а) Аргон, 5Торр, Rб= 4 мОм, U0= 3,2 кВ; б) гелий, 5Торр, Rб= 370 кОм, U0 = 3,2 кВ, период повторенияимпульсов 200 мс.На рисунке 3.7 приведены зависимости от времени разрядных токов и оптическихсигналов для случаев разряда с заземленным катодом в аргоне и гелии при давлении 5 Торр.45На осциллограммах разрядного тока после узкого начального выброса, совпадающего смоментом пробоя, как и в азоте следует область плато, длина которого примерно совпадает сдлительностью ТФ.Напряжение на трубке испытывает резкий скачок, связанный с пробоем, и провал,после которого наблюдается постепенный выход на установившееся значение за времятемной фазы (рис.3.8).2,5Uтруб, кВ2,01,51,00,50,0интенсивность,отн.ед.0,100,080,060,040,020,002004006008001000t, мксРис.
3.8 Временной ход межэлектродного напряжения и интенсивности излученияразряда. Гелий, 1Торр, Rб= 260кОм, U0= 2,5кВ, заземленный катод, период повторенияимпульсов 200мс.0,0100,0060,0050,004210,003интенсивность, отн.ед.интенсивность, отн.ед.0,0070,0020,0080,006210,0040,0020500100015002000010002000t, мкс(а)300040005000t, мкс(б)Рис.3.9 Интегральная интенсивность излучения разряда в аргоне.
5 Торр, Rб = 4мОм.а) заземленный катод, U0= 3,1кВ, (1) 12 см от анода, (2) 28 см от анода; б) заземленный анод,U0=3,0кВ, (1) 28 см от катода, (2) 12 см от катода, период повторения импульсов 200 мс.Смена полярности подаваемого напряжения не приводит к существенным изменениямдлительности ТФ, но пропадают узкие выбросы тока в цепи заземленного анода, при этомпровалы межэлектродного напряжения сохраняются.46При измерении длительности ТФ в различных точках вдоль оси трубки былообнаружено ее изменение. Этот факт ранее не наблюдался, поскольку в предыдущих работахсвет собирался вдоль оси разряда. Наблюдения зависимости длительности ТФ от положениясветовода проводились в аргоне при обеих полярностях импульсов напряжения. Если подпотенциалом земли был катод, то вблизи анода темная фаза была короче (рис.3.9а). Присмене полярности прикладываемого напряжения картина сохранялась: провал яркостиизлучения разряда длился дольше вблизи теперь уже высоковольтного катода (рис.3.9б).3.3.
Пик яркости на переднем фронте разрядного импульсаВернѐмся к рассмотрению разряда в азоте. Из приведенных выше примерахосциллограмм интегральной интенсивности излучения разряда следует, что в момент пробоятрубки ФЭУ регистрирует максимум, амплитуда которого в несколько раз превосходитуровень стационарного свечения. Ширина этого максимума зависит от полярностиразрядного импульса: при положительной полярности для всех газов наблюдается узкий пик.В аргоне в приведенных примерах его ширина на полувысоте около 300 нс, в гелии 1 мкс, вазоте эта величина примерно 100 нс. При отрицательной полярности напряжения ширинапика яркости увеличивается на два порядка для всех газов.41100VВИ, 10 см/с4226Яркость, отн. ед.2014320012t, мкс3450,1510152025303540d, см(б)(а)Рис. 3.10 а) пик яркости свечения разряда на различных расстояниях от анода: 12 см (1),20 см (2) и 28 см (3).
р= 1 Тор, i0= 20 мА; б) зависимость скорости пика яркости отрасстояния до анода, i0 = 3 мАВ случае пробоя с заземленным катодом узкий максимум интенсивности движетсявдоль разрядной трубки, причем от высоковольтного анода (рис.3.10 а). Движение этонеравномерное: при приближении к катоду пик ускоряется. График на рис.3.10 б47демонстрирует зависимость средней скорости максимума интенсивности от координатывдоль оси трубки, определенной на интервале d между анодом и точкой, где находитсясветовод.
При этом скорость измерялась как в линейной части трубки, так и в электродныхрасширениях.График показывает, что в линейной части (d = 15 –35 см) скорость максимумаизменяется слабо. В эксперименте, в зависимости от условий, регистрировались скорости от≈ 3∙106 до ≈ 108 см/с.яркость, отн. ед.200150100500,00,10,20,30,40,50,6t, мксРис. 3.11 Интегральная (по спектру) яркость пика излучения на переднем фронте разрядногоимпульса, примеры для различных условий пробоя.Минимальная зарегистрированная полуширина пика составляла 70 – 80 нс (рис.3.11).Эта величина порядка времени жизни короткоживущих состояний N2 (C3Пu) (≈ 40 нс) и N2+(B2Σu+) (≈ 60 нс), переходы с которых (соответственно вторая положительная (2 п.с.) и перваяотрицательная (1 о.с.) системы) наблюдаются в спектре излучения пика (рис.
3.12).Из рис. 3.12 видно, что яркости двух рассматриваемых полос приблизительноодинаковы. В то же время, в установившемся разряде в этих условиях молекулярная полоса(0, 2) 2 п.с. в ~ 102 раз интенсивнее ионной полосы (0, 0) 1 о.с. В тлеющем разряде состояниеN2+(B2Σu+) заселяется главным образом при столкновениях ионов N2+ в основномэлектронном состоянии и колебательно-возбужденных молекул N2 [53].Однако на переднемфронте импульса концентрация последних пренебрежимо мала, поэтому возбужденные ионыN2+(B2Σu+) образуются, в основном, непосредственно при ионизации молекул электроннымударом.
Тогда тот факт, что яркости двух рассматриваемых полос в пике примерноодинаковы, несмотря на большое различие энергий состояний N2(C3Пu) и N2(B2Σu+)48(соответственно, 11 и 19 эВ), свидетельствует о большой величине приведеннойнапряженности электрического поля E/N.(а)(б)Рис.
3.12. Контуры полос излучения а) 2 п.с. (0 - 2) и б) 1 о.с. (0 - 0) систем азота в пикеинтенсивности. Азот, давление 1 Торр, U0= 3 кВ, Rб = 520 кОм.Из отношения интенсивностей рассматриваемых полос методом, описанным в гл.2,может быть найдено значение приведенной напряженности электрического поля в пике.Полученная величина равна ≈ 900 Tд. Причем для сигналов, распространяющихся с меньшейскоростью, получаются меньшие значения поля. Так, при скорости распространения 5.2·10 6см/с поле имеет величину ≈ 800 Тд, а для скорости 1.3·107 см/с значение поля ≈ 1000 Тд.
Встационарном разряде поле значительно меньше и составляет ≈ 80 Tд, поэтому излучениепервой отрицательной системы в нем намного слабее, чем 2-й положительной.Полученныеэкспериментальныефактыдаютнамправоутверждать,чтонаблюдаемый пик яркости связан с излучением из фронта волны ионизации. Такой вывод непротиворечит современным представлениям о пробое длинных трубок. Тем не менееобнаружены некоторые отличия от классических работ по данной тематике, описанные вглаве 1.
В частности, не удалось достоверно обнаружить возвратную волну, которая обычноприсутствует в системах с заземленным электродом. Главное же отличие состоит в том, что вслучае заземленного анода описанные оптические измерения не выявили подвижностирегистрируемого максимума интенсивности, а значение приведенного поля в нем было науровне стационарного разряда. Сигнал, сходный с сигналом от ВИ, удается зарегистрироватьтолько при установке световода непосредственно над срезом катода (рис.3.13 а). После этогопика не наблюдается свечения разряда, даже в тот момент, когда ток выходит наустановившееся значение. Поэтому эта ситуация не эквивалентна эффекту темной фазы.49108i, мА642интенсивность, отн.ед.00,11 200,100,090,080,070,060,050,040,030,0240204060801006080100t, мкс(а)(б)Рис.3.13.
а) Осциллограммы анодного тока и интегральной яркости излучения разряда, призаземленном аноде, снятые одновременно. Азот, p = 1 Торр, Rб = 260 кОм, U0 =-3,5 кВ; б)Контур полосы (0 - 0) 1о.с. в пике на срезе катода.По всей видимости, световод регистрирует область катодного темного пространства,что объясняет отсутствие излучения от установившегося разряда.
При спектроскопическомисследовании обнаруженного пика излучения было зафиксировано наличие полос 1-йотрицательной системы иона N2+ (рис.3.13 б), что указывает на высокую напряженностьполя. Проследить отчетливое движение пика вдоль катодного расширения не представлялосьвозможным.световод над срезомкатодаинтенсивность, отн.ед.0,090,060,03световод в 7смдо катода0,060,040,02светодов в 20смдо катода0,090,060,030,120,090,060,03световод в 30смдо катода0,080,060,040,02световод в 32смдо катодасветовод над срезоманода0,040,02020406080100t, мксРис.3.14. Осциллограммы оптических сигналов, снятых в разных точках вдоль оситрубки., p = 1 Торр, Rб = 260 кОм, U0= 3,5 кВ, заземленный анод.На рисунке 3.14 показаны наложенные друг на друга осциллограммы сигналов с ФЭУ,снятых для разных точек расположения световода на трубке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
