Диссертация (1150471), страница 7
Текст из файла (страница 7)
При наблюдении пробояпоследовательностью импульсов с перенапряжением, равным 100%, следовавшими счастотой более 10имп./с, обнаружено, что время запаздывания самого первого пробоясоставляло 3 мин., в то время как пробой последующих импульсов запаздывал лишь нанесколькомикросекунд.Отмечено,чтовосстановлениеисходной«импульснойэлектрической прочности» [2] происходило примерно за 24 часа, что близко к результатамработ [41-44].
Авторы пришли к выводу, что причина эффекта состоит в повышеннойактивности электрода к эмиссии начальных электронов, возникающей в присутствиизаряженных частиц, оставшихся от предыдущего разряда. Показано, что наиболее вероятновлияние положительных ионов азота, выдвигается предположение о конкретном процессе ‒Оже-нейтрализации ионов N2+ и N4+ на поверхности катода.В указанной выше работе [33] эффект памяти наблюдался в импульсном разряде варгоне при давлениях 30 ‒ 70 Торр в трубке, моделирующей металл-галоидную лампу. Приизменении частоты повторения импульсов «время пробоя» менялось.
Так, при р = 70 Торрувеличение частоты с 20 до 600 Гц приводило к его уменьшению с 1 до 0.6 мкс.Предполагается, что причиной этого могут быть наличие электронов и метастабильныхатомов, оставшихся от предыдущего импульса, разогрев газа и связанное с ним увеличениеприведенной напряженности электрического поля, а также заряд стенки, замедляющийпотери электронов. Каких-либо дополнительныхпроводилось.измерений или расчетов в работе не28В работе [32] термин «эффект памяти» используется для несколько иного явления.
Вэтой работе исследовалось зажигание разряда в длинной трубке в аргоне при давлении 3Торр. Эффект памяти в данном случае состоял в том, что при некоторых условияхнекомпенсированный поверхностный заряд, оставшийся от прохождения ВИ, препятствовалпробою следующего импульса (отметим, что во всех остальных рассмотренных работахэффект памяти, наоборот, облегчает пробой, т.к.
проявляется в уменьшении времени егозапаздывания). Авторы объясняют наблюдаемую картину тем, что этот заряд искажаетэлектрическое поле последующего импульса и препятствует образованию фронтапредпробойной волны.Следует отметить, что возможное влияние поверхностного заряда, созданногоразрядным импульсом, на пробойные процессы в следующем импульсе обсуждается, кромеработы [32], также и в других работах по изучению пробоя в длинных трубках.
Дляустранения этого влияния в работе [20], так же, как и в [32], между двумя рабочимиимпульсамизажигалсявспомогательныйимпульсныйразрядспротивоположнойполярностью напряжения. По мнению авторов, этот разряд должен был нейтрализовать зарядстенки. В работе [31] для предотвращения возможного влияния этого заряда ограничиваласьдлительность разрядных импульсов.Возможность существования каких-либо других механизмов влияния предыдущегоразряда в работах по изучению пробоя в длинных трубках не рассматривается. При этомэкспериментальная проверка отсутствия этого эффекта не проводилась. Некоторымисключением здесь является работа [32], в которой, в качестве такой проверки, помимоосновных измерений с частотой повторения импульсов 5 Гц, производились контрольныеизмерения на частоте 10 Гц.
При этом очевидно, что отсутствие эффекта для интерваламежду импульсами ~100 мс не гарантирует его отсутствие в интервалах ~ 1 или 10 мс.Между тем в компактных люминесцентных лампах, моделирование процессов в которыхявляется целью работ последних 25 лет, частоты повторения импульсов составляюткилогерцы или даже десятки килогерц.29Глава 2. Установка и методика экспериментаРезультаты настоящей работы были получены на установке с разрядной трубкойлинейнойконфигурации,враздутыхконцахкоторойрасполагалисьтанталовыецилиндрические электроды на расстояниях 40 см друг от друга. Внутренний диаметр влинейной части трубки составлял 2,8 см. Структурно установка состояла, помимо разряднойтрубки, из вакуумной системы и системы подачи газа, системы коммутации разряда исистемы регистрации данных.2.1 Установка и аппаратураВакуумная система и система подачи газа изображена на рис.2.1.
В разряднуютрубку 6 рабочий газ поступал через игольчатый натекатель 3, который позволялрегулировать давление в потоке, и медный капилляр 4, охлаждаемый жидким азотом, гдепроисходила дополнительная очистка и осушка смеси. Для поддержания чистоты газа вразрядной трубке применялась непрерывная прокачка газа через трубку. Прокачкаосуществлялась при помощи форвакуумного насоса 10. Время пребывания газа в разряднойтрубке составляло ~1 c. Пары масла из насоса вымораживались ловушками с жидким азотом.Давление в разрядной трубке измерялось при помощи баратрона 8 и контролировалосьмасляным манометром 9.
При откачке системы на вакуум удается получать давления 10мТорр; скорость натекания не превосходит 10 мТорр/час.Рис. 2.1 Вакуумная система и система подачи газа. 1 – баллон с рабочим газом, 2 – манометр, 3 –натекатель, 4 – медный капилляр, охлаждаемый жидким азотом, 5 – ловушки, 6 – разрядная трубка,7 – термопарная лампа ПМТ-2, 8 – баратрон, 9 – U-образный манометр, 10 – насос ВН-461.Для исследований, результаты которых приведены ниже, использовались азот, гелий иаргон высокой чистоты (99,998%). Основные измерения проводились при давленииисследуемого газа (азота) 0,63 и 1Торр. Перед проведением измерений производился30прогрев электродов и стенок трубки для удаления воды и адсорбированных на поверхностиэлектродов газов. Для этого зажигался разряд постоянного тока в гелии при токе 100 мА.Прогрев производился от 30 минут до 1,5 часов, при этом периодически проводилась сменаполярностиэлектродов, что требовалось дляобезгаживания обоих электродов.
Посленапуска азота и включении разряда в импульсном режиме при рабочих условиях первые 10минут измерения не проводились.Разрядная трубка была удалена от любых металлических предметов на расстояниеоколо 8 см. Ввиду отсутствия металлического экрана, традиционного для экспериментов поволновому пробою, на результат оказывали влияние близкорасположенные проводники.Опытным путем выяснилось, что удаление трубки на 8 см от любых заземленныхпроводящихпредметовзаведомодостаточнодлясохраненияневозмущенногораспространения ВИ при исследуемых условиях.
Требуемое дистанцирование трубкиосуществлялось ее закреплением на длинных эбонитовых стойках.Отсутствие экрана обосновано стремлением изучить разряд по возможности близкий ктем, которые используются в лабораториях и в приложениях (в том числе в люминесцентныхлампах). С другой стороны, очевидно, что наличие металлического экрана вокруг трубкидолжно влиять на распространение волны ионизации.
Это утверждение было проверено наопыте: осциллограммы излучения из фронта ВИ с экраном и без него сильно отличаются.Причина этого различия понятна, если принять соображения Вина, приведенные в главе 1.Величина погонной емкости определяет темп образования объѐмного заряда во фронте ВИ:при сохранении амплитуды пробойного импульса большая емкость будет заряжатьсядольше. Как следствие, скорость ВИ при этом должна снижаться.Система коммутации разряда (рис.2.2).
Напряжение на трубку подавалось от двухвысоковольтных выпрямителей (7) и (8). Последовательно с разрядом в цепь питания быловключено балластное сопротивление Rб, величина которого варьировалось в пределах от 260кОм до 1.1 МОм и низкоомный резистор R1 (50 Ом), одним выводом соединенный сэлектродом трубки, а вторым, заземленным, с плюсом или минусом источника питания. Эторезистор использовался для регистрации токового импульса. Таким образом, потенциалодного из электродов – катода или анода – был близок к потенциалу земли (∆V~ 1 В). Ток вустановившемся разряде i0 менялся от 1 мА до 30 мА.
Сигнал, снимаемый с измерительногорезистора R1, подавался на цифровой осциллограф (2) для определения величины и контроляформы импульса тока в цепи заземленного электрода. Суммарное напряжение выпрямителей(7) и (8) измерялось с помощью цифрового осциллографа и делителя Tetronics P6013A (3) и31достигало U0 = 3,6 кВ. Использовались две схемы подключения трубки: с заземленнымкатодом и заземленным анодом.Формирование пробойного импульса осуществлялось при помощи электронного ключа(4), который в открытом состоянии шунтировал разрядную трубку. В экспериментеиспользовались две различные его конструкции. Первая схема (разработка В.А.Иванова иА.В.Мещанова) была выполнена на быстрых полевых транзисторах и при срабатыванииосуществляла подачу высокого потенциала на электрод.
Величина максимальногонапряжения ограничивалась значением 4 кВ. Время переключения схемы (ключа) в закрытоесостояние менее 0.1 мкс, однако, из-за наличия емкости ключа и трубки, напряжение натрубке росло с постоянной времени ~ 10 – 100 мкс, в зависимости от величины Rб.Сопротивление ключа в закрытом состоянии ~ 20 МОм, а емкость С =120 пФ. Дляпредотвращения разряда емкости через трубку в цепи ключа был установлен разделительныйдиод (13).
Схема запускалась управляющими импульсами с задающего цифровогогенератора (18). Фронт напряжения на трубке отличался от прямоугольного и имел вид( )(*⁄+), где RбC – постоянная времени цепи заряда емкости С.Рис.2.2 Системы коммутации разряда и регистрации оптического сигнала.1– компьютер, 2, 12 – цифровые осциллографы (Tektronix TDS210), 3, 5 – делителинапряжения, 4 – электронный ключ, 7, 8 – высоковольтные блоки питания, 9, 15 – ФЭУ, 10– капролоновые кольца, 11 – световоды, 13 – диод, 14 – монохроматор СД, 16 –формирователь импульсов, 17 – счетчик импульсов, 18 – генератор импульсов (PCG10/8016).Вторая схема была выполнена на электронной лампе ГМИ-83В и позволялагенерировать импульсы с линейно растущим фронтом заданной крутизны. Условная блоксхема ключа представлена на рис.2.3.
При подаче синхроимпульса с генератора блок (1)32начинает вырабатывать эталонное линейно растущее напряжение, которое подается на схемусравнения (2). Схема сравнения вырабатывает некоторое напряжение, которое послеусиления в блоке (3)подается на управляющую сетку лампы (4), которая изначальнооткрыта. Напряжение закрытия лампы около -110 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
