Диссертация (1150471), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Возможно, что аналогичнаянеоднородность распределения электронов имеет место и в аргоне, несмотря на иноймеханизм формирования ТФ. Этим можно объяснить результат рис. 3.9, согласно которому варгоне пауза свечения длится дольше вблизи катода независимо от полярности напряжения.Напомним, что в случае заземленного анода модель предполагала отсутствие ВИ. Насамом деле это требование может быть смягчено. Можно представить себе ситуацию, когдаВИ есть, но концентрация электронов, которую она оставляет после себя, заметно меньше,чем nes.
Тогда результаты расчета, предполагающего отсутствие ВИ, останутся в силе. Т.о.,модель описывает и эту ситуацию тоже.3.4.3. Дадим качественное пояснение причинам того, что в азоте реакция (4) неприводит к образованию темной фазы, в противоположность тому, что делает реакция (1) винертных газах. Для возникновения ТФ за счет процессов (1) или (4) необходимо, чтобы в55начале разрядного импульса сформировался бы пик населенности метастабильных уровней,превышающий стационарную. Из сравнения констант скоростей ионизации и возбужденияметастабильных уровней для молекул азота и атомов аргона следует [63], что при значенияхприведенногоэлектрическогополяпорядказначенийвустановившемсяразрядесоотношение этих скоростей различное для двух газов. Так, в аргоне при E/N ~ 10 – 25 Тдконстанта скорости возбуждения нижнего метастабильного уровня Ar( 3P2) превосходитконстанту ионизации на 1,5 – 4 порядка, так что для концентрации атомов на уровне Ar(3P2)в начале разрядного импульса действительно получается максимум, в 40 раз большийконцентрации электронов и почти в 2 раза больший своего стационарного значения.В азоте же в диапазоне приведенного поля E/N ~ 100 – 160 Тд константы возбуждениясостояний A3u+ и a'1u- всего на 1 – 2 порядка превосходят константу ионизации.
По этойпричине, когда концентрация электронов уже близка к своему установившемуся значению,заселенности этих состояний хотя и превосходят ее на 2 ‒2,5 порядка, но оказываются все жеменьшими, чем значения в установившемся разряде. Таким образом, в азоте не возникаютусловия, необходимые для образования ТФ механизмом, реализуемым в инертных газах, итогда ее причиной может стать волна ионизации.56Глава 4. Выбросы тока на переднем фронте разрядного импульсаПри описании эффекта темной фазы отмечалось, что в случае разряда с заземленнымкатодом в момент пробоя для всех газов наблюдался узкий выброс тока в цепи катода.Амплитуда этого выброса значительно (иногда более чем на порядок) превосходила ток вустановившемся разряде. После его возникновения ток выходил на уровень плато,отвечающий присутствию в разряде повышенной концентрации электронов, приводящей квозникновению ТФ.
В данном разделе приведены результаты исследования этого выброса сцелью выяснения его происхождения. Для ответа на вопрос, характерен ли он только дляазота или имеет более универсальную природу, ряд экспериментов проведен также с аргономи, в отдельных случаях, с гелием. Мотивом для данных исследований послужили несколькообстоятельств. Во-первых, в связи с возникновением ТФ необходимо было выяснить:существует ли корреляция межу этими двумя явлениями. Во-вторых, известно, что прираспространении быстрых ВИ наблюдается немонотонная зависимость тока от времени вцепи заземленного электрода, которая названа ударной токовой волной [13], но указания наданное явление при зажигании длинных трубок в условиях, не характерных для быстрых ВИ,отсутствуют в известной нам литературе.2220141812161014i, мАi, мА86121084624020204060t, мкс80100068101214161820t, мс(б)(а)Рис.4.1. Форма катодного тока при пробое а) в аргоне, p = 5 Торр, U0= +3,6 кВ, Rб= 1,5МОм; б) в азоте, p = 1 Торр, U0 = +2,7 кВ, Rб = 260 кОм.
(Рисунки а) и б) имеютсущественно разные масштабы оси абсцисс)4.1 Наблюдение эффектаПримеры осциллограмм тока в цепи катода в начальной части импульса приведены нарис.4.1 а, б. Характерные черты данного явления заключаются в формировании узкого(порядка 100 нс) пика, амплитуда которого намного превышает величину тока в57стационарном разряде. Более того, она превосходит почти на порядок и значениемаксимально возможного тока для данной электрической цепи. На рисунке 4.2 а) и б)представлены характерные осциллограммы катодного тока при пробое в азоте и аргоне.Значения максимально возможного тока в цепи в таких условиях для случая (а) составляет10.4 мА, для случая (б) – 0.95 мА.Из графиков видно, что выброс тока более чем на порядок превосходитмаксимальные значения, которые способна пропускать электрическая цепь.
Также обращаютна себя внимание его малая ширина (порядка 100 нс).(а)(б)Рис.4.2. а) Выброс тока в азоте, p = 1 Торр, Rб= 260 кОм, U0= +2,7 кВ, б) Выброс тока варгоне: p= 4 Торр, Rб = 4 МОм, U0 = + 3.7 кВ.Описанная картина наблюдается только в случае положительной полярностиимпульса: если подавать импульс отрицательного напряжения, то выброс тока получаетсяшироким и лишь ненамного превышает ток в стационарном разряде (рис.4.3).1,4121,2101,08i, мАi, мА0,80,6640,420,20,00,00,51,01,5t, мс(а)2,02,50,00,20,40,60,81,0t, мс(б)Рис. 4.3.
Осциллограммы тока в цепи заземленного анода при пробое: а) в аргоне,p= 5 Торр, Rб= 4 МОм, U0= 3,0 кВ; б) в азоте, p= 0.5 Торр, Rб = 260 кОм, U0 = 3.3 кВ.58При помощи оптической схемы, позволяющей детектировать ВИ по ее интегральномуизлучению, было установлено, что выброс тока в случае пробоя положительнымнапряжением возникает в момент прихода волны на катод. Для подтверждения этогоутверждения осциллограммы тока и сигнала с ФЭУ, такие, как на рис.3.3, записывались вмикросекундной развертке и при высоком усилении (рис.4.4).2020сигналФЭУ1000234t, мкс5ток в цепикатода4030302020сигналФЭУ1003,84,04,24,44,64,810интенсивность, отн.ед.305040i, мАi, мА30105040ток в цепикатодаинтенсивность, отн.ед.4005,0t, мкс(а)(б)Рис. 4.4 Осциллограммы оптического сигнала световода и катодного тока, снятыесинхронно, а) световод расположен в 9 см до катода; б) световод расположен над срезомкатода.
Азот, p= 1 Торр, Rб = 520 кОм, U0 = 2.7кВ.Более детальное исследование показывает, что оптический сигнал ВИ регистрируетсянемного позднее момента появления тока в цепи катода. На рис.4.4 показано, что сигнал отсветовода, установленного в 9 см до катода возникает раньше катодного тока, но приустановке световода непосредственно над срезом катода - позднее фронта токового выброса.Таким образом, наблюдается небольшое запаздывание фронта свечения относительнофронта катодного тока. Это явление наблюдалось раннее другими исследователями иописано в работе [13]. При изменении полярности и сохранении положения световодакартина сильно меняется: пропадает выброс тока, а также не наблюдается сигнал от ВИ(рис.3.3).4.2 Измерение анодного токаРассмотрим выброс тока, который имеется на переднем фронте при пробоеимпульсом напряжения положительной полярности.
Как уже отмечалось, этот выброс нетолько превосходит величину тока в стационарном разряде, но и значительно превышаетмаксимально возможный ток в цепи ‒ величину U0/Rб. Здесь следует напомнить, что во всехприведенных примерах регистрация тока производилась по падению напряжения на59измерительномрезисторе,соединяющимкатодс«землѐй»,тоестьфактическирегистрировался ток, протекающий по участку катод ‒ земля. Возникает вопрос: не может линаблюдаемый выброс тока проходить через разряд в обход балластного сопротивления?Можно, в частности, рассмотреть две такие возможности. 1) Разряд паразитной емкостиэлектронного ключа черезтрубку в момент пробоя.
Это, однако, было исключеноустановкой запирающего диода. 2) Шунтирование балластного сопротивленияпаразитнойемкостью.Дляпроверкитакогоэффектапараллельноегобалластномусопротивлению подключалась емкость порядка паразитной емкости резистора, составлявшая10 пФ, при этом снимался сигнал тока при наличии емкости и ее отсутствии.Осциллограммы тока для азота представлены на рисунке 3.21. Из представленных нижеграфиков видно, что величина выброса не меняется при подключении емкости.Рис.4.5 Осциллограммы выброса тока в цепи катода.
Азот, p= 1 Торр, Rб = 260 кОм,U0 = 2,7 кВ.Тем не менее, были проделаны дополнительные измерения с тем, чтобы выяснить,проходит ли данное токовое возмущение через всю трубку. С этой целью проводиласьодновременная регистрация тока с обеих сторон разрядной трубки, то есть не только тока скатода, но и тока на анод.1. Результаты измерений с трансформаторной схемой. Данный подход основывалсяна методе индуктивной развязки цепи высокого напряжения, в которую подключаласьпервичная обмотка трансформатора тока с коэффициентом деления, равным 50 (Тр1нарис.4.6).Такие измерения были проделаны в гелии, так как в нем токовый выброс получаетсяболее широким -ширина на полувысоте 1,1 мкс (рис.4.7 а) и, следовательно, меньшеискажается трансформаторной схемой. На левом рисунке показан выброс тока с выходом настационарное значение, полученный при пробое в гелии.
Сигнал регистрировался в цепи60заземленного электрода при помощи резистора с малым номиналом (50 Ом). На правомрисунке этот же сигнал, но в большем масштабе, сравнивается с сигналом с трансформаторатока (Тр1) в цепи высоковольтного анода.Рис.4.6 Схема измерения с трансформатором тока.При одновременном измерении токов в цепях анода и катода было обнаружено, что наанодном токе также имеется выброс, но меньший по амплитуде почти в 4 раза (рис.4.7б).Для азота получить надежных данных по анодному току при помощи трансформаторнойсхемы не удалось, из-за того, что ширина паразитных осцилляций больше или имеет тот жепорядок, что и ширина исследуемого сигнала.50ток в цепикатода25402030i, мАi, мА301520ток в цепианода10105000100200t, мкс300051015t, мкс2025(б)(а)Рис.4.7 Токи в цепях а) катода, б) анода и катода при пробое в гелии. Давление 1 Торр, Rб=520 кОм, U0 =2,5 кВ.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
