Диссертация (1150471), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Во всех случаях этазависимость носила возрастающий характер. Данная работа является пока единственной, гдетакая зависимость изучалась. Ранее скорость ВИ измерялась как функция амплитудыимпульса приложенного напряжения Up. При этом импульсы имели крутой передний фронт,с длительностью ~ 10 нс (быстрые ВИ [12, 16]) или ~ 1 мкс (медленные волны [20, 31, 32]). Втакой ситуации пробой и генерация ВИ происходили при напряжении, которое равно Up и несвязано с напряжением пробоя Ub (при условии, чтоUp > Ub, но это условие всегдавыполнялось). Поэтому сравнивать результаты данной работы с предыдущими не корректно.Тем не менее, отметим, что во всех случаях зависимость VВИ(Uр) была также возрастающей.То, что зависимость VВИ(Ub) должна быть не убывающей вытекает из простых рассуждений.Из эксперимента [68] известно, что скорость волны определяется потенциалом и связанным сним полем на ее фронте, т.к.
величина последнего определяет интенсивность ионизационныхпроцессов. Пробойный потенциал – это, по сути, начальное значение потенциала на фронтеволны, который при ее распространении может, например, затухать с одновременнымснижением скорости ВИ [12 и ссылки в ней]. В частности, предионизация разрядногопромежутка снижает это затухание и приводит к сохранению или повышению скоростиволны.В то же время при изучении эффекта памяти для малых расстояний между импульсаминаблюдалось нарушение возрастающей зависимости скорости ВИ от Ub (рис.5.20, 5.21).Более того в области АЭП при низких скоростях роста напряжения явная взаимосвязь этихвеличин вовсе не прослеживается.
При высоких dU/dt снижение напряжения пробоя сувеличением задержки от максимума АЭП приводит, наоборот, к повышению скорости ВИ.111Стоит отметить, что уже в опытах с одиночными импульсами было обнаружено, что научастке спада кривой Ub(dU/dt) скорость ВИ перестает следить за изменениями пробойногопотенциала.Таким образом, можно сделать вывод, что в случае, когда напряжение зажиганияиспытывает эффект памяти от предыдущего разряда и имеет место волновой пробой,скорость ВИ не определяется этим напряжением.
Исходя из приведенных фактов, наличиенизких скоростей ВИ вблизи области АЭП, несмотря на значительное анодное напряжение ивысокую предионизацию, можно рассматривать как аномальный эффект памяти для волныионизации.Рассмотримвозможныепричиныэффекта.Величинапробойногопотенциалаопределяется временем запаздывания td, которое в условиях эффекта памяти совпадает свременем формирования. При волновом пробое трубки это время равно сумме времениндукции волны и ее распространения до катода. Согласно представлениям о первичномпробое, можно предположить, что его время формирования совпадает с временем индукцииволны.
Очевидно, что время формирования первичного пробоя будет минимальным, если всенапряжение импульса будет сосредоточено между анодом и стенкой. В присутствии высокойконцентрации остаточных электронов, характерной для задержек вблизи АЭП, сохраняетсянизкая разность потенциалов между анодом и стенкой. По этой причине возникающий припервичном пробое на стенку скачок потенциала оказывается относительно небольшим.Известно, что ВИ, генерируемые при малых перепадах напряжения, обладают низкимискоростями и быстро затухают [12].
Именно такие ВИ наблюдаются вблизи максимума АЭП.Их существование возможно лишь благодаря высокой предионизации разрядногопромежутка, поскольку нет необходимости расхода мощности для создания затравочныхэлектронов перед фронтом.Увеличение значения Δt приводит к снижению концентрации остаточных электронов,следовательно – к повышению напряжения между анодом и стенкой. В результате снижаетсявремя формирования первичного пробоя, одновременно возрастает амплитуда скачкапотенциала, что приводит к увеличению мощности, вкладываемой в разрядный промежуток,а, следовательно, к повышению скорости ВИ (рис.5.20 и 5.21). В то же время, напряжениепробоя, величина которого определяется временем формирования разряда, будет снижаться.Таким образом, можно непротиворечиво объяснить спадающий участок кривой Ub(Δt) длявторого импульса после достижения максимума АЭП.Дальнейший ход указанной кривой характеризуется обычным эффектом памяти,величина которого уменьшается с ростом Δt (рис.
5.15, 5.17). Природа эффекта – быстрая112генерация ВИ (малые времена формирования разряда), так, что напряжение не успеваетзначительно вырасти до возникновения пробоя. Возможная причина – это остаточные ионы.Теперь их концентрация не достаточна для установления продольной однородности поля, ноих присутствие обеспечивает поток вторичных электронов, наличие которых облегчаетгенерацию и распространение ВИ, поскольку нет расхода мощности на создание затравочнойионизации.5.5.7.
Эффект памяти при пробое парами импульсов напряжения. Заземленный анод.Чтобы объяснить эффект памяти в случае, когда заземленным электродом являетсяанод, необходимо определить роль волны ионизации в процессе зажигания разряда в этихусловиях. Как отмечалось ранее, прямые оптические наблюдения не позволяют фиксироватьотчетливый сигнал, распространяющийся от катода к аноду (п.3.3). Возможные причиныэтого обсуждались выше.
Из эксперимента известно, что в случае заземленного анодааномальный эффект памяти наблюдается лишь при сравнительно низких скоростях ростанапряжения (рис.5.25). В максимуме АЭП напряжение пробоя второго импульса превышаетнапряжение пробоя первого на 200 В, что немного отличается от эффекта памяти призаземленном катоде в этой же области dU/dt. Главное отличие состоит в отсутствии сильногонормального ЭП, в виде провала напряжения после максимума АЭП, который связывался впредыдущем пункте с более быстрой генерацией ВИ. При dU/dt > 3,5∙106 В/с АЭП призаземленном аноде не наблюдается вовсе (рис.5.26).Возникновение АЭП при пологих фронтах напряжений можно объяснить так же, каки в случае заземленного катода.
При минимальных задержках ВИ не образуется из-заповышеннойконцентрацииостаточныхзарядов.Приэтомпроцессыионизацииразворачиваются во всей трубке из оставшихся электронов в продольно однородном поле.По мере снижения концентрации этих электронов напряжение растет до задержки, прикоторой повышается вероятность пробоя между катодом и стенкой, в результате которогопроисходит генерация отрицательной волны ионизации. Возникновение последней поуказанным выше причинам снижает напряжение загорания разряда, но не приводит кнормальному эффекту памяти. Отсутствие нормального эффекта можно объяснить, тем чтодля генерации отрицательной ВИ требуется большее напряжение, по причине экранированияфронта волны от катода положительным зарядом ионов. В обзоре [12] приводятся сведения отом, что подобное экранирование является, к примеру, причиной, по которой отрицательныеволны не возбуждаются при тех же условиях, что и положительные.113Более сложным выглядит факт отсутствия АЭП при относительно небольшомповышении крутизны фронта напряжения.
Из экспериментов с заземленным катодомизвестно, что увеличение dU/dt приводит к снижению максимума АЭП, что опять же можнообъяснить созданием благоприятных условий для возбуждения ВИ. По-видимому, в случаезаземленного анода подобное снижение также имеет место, только происходит онозначительно быстрее, так, что при некоторой скорости роста напряжения максимум АЭПпросто не возникает.
При этом потенциалу зажигания достаточно лишь достичь значениянапряжения пробоя в первом импульсе, чтобы вызвать генерацию ВИ. По этой причине награфиках (рис.5.26) там, где ожидается максимум, наблюдается лишь излом кривой.Другой причиной отсутствия АЭП может служить то, что отрицательная ВИ приповышении скорости роста напряжения возникает во всем диапазоне задержек, начиная сминимальных.
С такой точки зрения в эксперименте наблюдается лишь нормальный эффектпамяти для волнового пробоя.114Заключение.Диссертация посвящена изучению процессов, инициирующих и сопровождающихэлектрический пробой в азоте низкого давления в длинной разрядной трубке. В рамках этойтематики:1.
Проведены исследования влияния предыдущего разрядного импульса нахарактеристики пробоя («эффект памяти»). Установлено, что предыдущий импульс влияетна:‒ величину динамического напряжения пробоя;‒ зависимость величины напряжения пробоя от крутизны фронта напряжения,подаваемого на электроды;‒ скорость предпробойной волны ионизации.Установлена зависимость исследованных характеристик от полярности приложенногонапряжения.2. Обнаружено, что предыдущий импульс может приводить не только к облегчению,но и к затруднению пробоя, повышая пробойное напряжение («аномальный эффектпамяти»).3.
Установлено, что в условиях существования аномального эффекта памятиреализуется особый, безволновой, механизм пробоя.4. Впервые проведены одновременные измерения напряжения пробоя и скоростиволны ионизации. Установлено наличие корреляции между этими величинами.5. Обнаружено, что в области действия «эффекта памяти» увеличение скорости ростанапряжения, прикладываемого к электродам, может приводить к резкому уменьшениюдинамического напряжения пробоя.6.
Обнаружен и исследован эффект «тѐмной фазы» развития разряда в азоте.Необходимымусловиемегосуществованияявляетсяположительнаяполярностьприложенного напряжения. Показано, что возникновение тѐмной фазы в азоте обусловленоизбыточной концентрацией электронов, остающихся после прохождения волны ионизации.7. Даны объяснения наблюдаемых явлений, подтвержденные оценками, модельнымиили численными расчѐтами.115Литература.1. Thomson J.J. // Recent Research in Electricity and Magnetism.-Clarendon, Oxford, 1893.
– P.115 – 118. Статья в журнале.2. Королев Ю.Д. Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М.: Наука, 1991г.3. Курчатов И.В./ Электрический пробой газов./ Л.: 1929, стр. 685 – 699. Статья в журнале.4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992 г.5. Спивак Г.В., Столярова Е.Л./Электронно оптические эффекты при развитии плазмы./ЖТФ, 1948, 18, В 3, с 279-288.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
