Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1150536), страница 4

Файл №1150536 Диссертация (Радиационные эффекты в неравновесной плазме дуговых и тлеющих разрядов) 4 страницаДиссертация (1150536) страница 42019-06-29СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Области с преобладаниемпространственного заряда (прикатодные и прианодные слои) рассматриваются с18помощью локальных (0D) моделей, самосогласовано связанных с симуляцией дугис одной стороны, и с моделями электродов с другой [105–107]. Обзор исследованийпо неравновесной плазме дуги и сравнение 2T и FNE моделей приведены в работах [108–110]. Необходимо дальнейшее совершенствование подобных моделей дляописания плазмы при рассмотрении множества возбужденных состояний, плазмыс примесями металлического пара [111, 112], а также оптически плотной плазмы,имеющей место в дуговых прерывателях цепей высокого давления [113].Перенос излучения в дуговой плазме представляет интерес в контексте рассмотрения потерь энергии на излучение, а также влияния переноса на распределениевозбужденных атомов по уровням.

Ранее было показано, что в ЛТР-плазме перенос резонансного излучения не оказывает значительного влияния на потериэнергии [68]. Изучение распределений возбужденных атомов по уровням можно осуществлять при помощи неравновесных столкновительно-радиационныхмоделей дуговой плазмы. Под столкновительно-радиационными моделями понимается класс моделей, включающих уравнения баланса частиц различных сортов(электронов, ионов, атомов в различных возбужденных состояниях) с учетом разнообразных элементарных процессов, за счет которых происходит обмен энергиеймежду этими частицами. Классические примеры столкновительно-радиационныхмоделей термической плазмы можно найти в работах [114–116]. Подобный подход дает возможности для понимания и более корректного описания химическихпроцессов и переноса тепла в дуге, а также явлений, характерных для дуговыхприложений – паров металла и эрозии электродов.1.3Измерение заселенностей возбужденных уровней в объёмном источнике плазмы методамиклассической спектроскопииИзмерения концентраций метастабильных и резонансных атомов в стационарной газоразрядной плазме методами аномальной дисперсии, абсорбционной иэмиссионной спектроскопии были начаты в начале XX века.

Существует довольно большое число ранних публикаций, среди которых можно выделить работыЛаденбурга [117,118], на основе которых проводились измерения заселенностей воз-19бужденных атомов при различных условиях. Обзор этих ранних работ приведен вклассической книге [119].Измерения интенсивностей спектральных линий, и, следовательно, плотностейвозбужденных атомов, требуют особого внимания к проблеме переноса излученияв пределах плазменного объёма. Одними из первых исследователей, поднявшихвопрос об уменьшении потока излучения, выходящего из плазмы, вследствие реабсорбции в пределах источника, были Ладенбург c сотрудниками [118], получившиевыражение для соответствующей функции реабсорбции для допплеровского илоренцевского контуров линии.

Впоследствии, в задачах спектроскопии также вводились поправки на интегральные потери излучения через поверхность источника,объединенные термином эскейп-фактора, для которого предлагались различныеинтерпретации: как фактора, описывающего вероятность выхода излучения изобъёма, так и фактора, описывающего реабсорбцию в объёме интегрально. Систематизация данных представлений была выполнена в серии работ [15–17], где былопоказано, что эти интерпретации эквивалентны.

Вопросы, связанные с реабсорбцией, обсуждались в многочисленных книгах по диагностике низкотемпературнойплазмы [120–123].Во второй половине XX века начали активно развиваться методы лазерной диагностики, позволяющие получать распределения возбужденных атомов с хорошимпространственным и временным разрешением. Вопросы, связанные с лазернойдиагностикой, подробно обсуждаются в книгах по спектроскопии [120,121,124–126].Из работ, опубликованных в последние годы, можно выделить исследование реабсорбции и эскейп-факторов в пашеновских 2 → 1 линиях в плазме инертныхгазов с применением лазерной абсорбции [22, 23].

В последнее время активноразвивается разработка диодных лазеров, совмещенных с акустооптическимимодуляторами [127–129], которые позволяют отстраивать частоту лазерного излучения в сравнительно большом диапазоне и, таким образом, имеющих большиеперспективы в диагностике плазмы.В настоящей работе рассматриваются классические методы диагностики, основанные на регистрации световых потоков от объёмных источников плазмы.Проблемы, связанные с регистрацией потоков излучения от объёмных источников обсуждались, например, в следующих ранних работах по спектроскопиикомбинационного рассеяния [130–135]. В этих работах ставилась цель максимизи-20ровать поток фотонов, излучаемых источником, который попадает на детектор навыходе спектрального прибора. Объёмный источник полагался однородным, а реабсорция - пренебрежимой.

Предлагались различные оптические конфигурации:например, схема без линзы, в которой разрядная трубка прямо проецироваласьна входную щель спектрографа, или схема с несколькими линзами. Особое внимание уделялось излучению, отражаемому от стенок разрядной трубки. Болееподробно вопрос о регистрации сигнала от объёмных источников изучался вработах [136, 137].В работе [138] был предложен оригинальный метод, позволявший определятьзаселенности метастабильных и резонансных атомов без измерения поглощения,через отношения интенсивностей спектральных линий (Line Ratios), идущих содного верхнего на разные нижние уровни. Затем строилась система нелинейныхуравнений, где неизвестными являлись заселенности уровней, и решалась по методу наименьших квадратов.

Метод оказался удобен для использования в различныхразрядных конфигурациях, в особенности, в случаях, когда провести абсорбционные измерения не представляется возможным. Этот метод получил применениев ряде работ [139–145]. В [139–141] метод был использован для измерения заселенностей в индуктивно связанном разряде в аргоне и неоне. В работе [142] методбыл использован для определения скоростей ступенчатого возбуждения с метастабильных уровней на 2-состояния в плазме послесвечения радиочастотногоемкостного разряда в аргоне.

В [143] плотности 1-атомов измерялись в негативном свечении тлеющего разряда в смеси Ar-N2 . Также, метод использовался приизучении емкостного разряда в аргоне [144, 145].В упомянутых работах [138–143] перенос видимого излучения описывался спомощью эскейп-фактора в приближении Меве для малых коэффициентов поглощения [146]. Однако, использование эскейп-фактора не отражает реабсорбцииизлучения в направлении наблюдения, и более корректным представляется подход Ладенбурга. Эквивалентное определение мононаправленного эскейп-факторавводится в работе [144]. В работе [145] показано, что использование приближенияМеве систематически занижает полученные значения заселенностей.Представляет интерес сравнение описанного метода соотношений линий склассическим абсорбционным методом в рамках измерений распределений интенсивностей спектральных линий с высоким пространственным разрешением.21Для обеспечения пространственного разрешения немаловажными вопросамиявляются анализ аппаратных искажений и способа регистрации сигнала.1.4Контракция тлеющего разрядаКонтракция - явление стягивания плазмы тлеющего разряда в яркий тонкийшнур на оси разряда при повышении давления и тока.

Наблюдается в разрядахатомарных и молекулярных газов, а также их смесях. Данное явление представляетинтерес, с одной стороны, как нежелательный эффект - например, при возникновении шнура в рабочей среде лазера срывается процесс генерации. Изучениемеханизмов контракции представляется необходимым для борьбы с подобнымнегативным эффектом. С другой стороны, отрыв плазмы от стенок объёма позволяет увеличивать чувствительность на порядки величины при спектральноманализе газовых смесей.Исследования явления контракции положительного столба берут свое началов ранних работах Штарка [147]. Наиболее детально изучалась контракция столбатлеющих разрядов в инертных газах в длинных цилиндрических трубках при давлениях в десятки и сотни Торр.

Инертные газы являются простейшими плазменнымисредами с точки зрения экспериментального и теоретического описания. Примерконтрагированного разряда в неоне при давлении = 96 Торр см приведен наРис. 1.2.Переход разряда из диффузного состояния, когда свечение плазмы заполняетпрактически весь объём разрядной трубки, в контрагированное, происходит скачкообразно и сопровождается явлением гистерезиса, который можно наблюдать, вчастности, на вольт-амперных характеристиках (ВАХ) столба. Данный скачок осуществляется при почти постоянном токе, и, одновременно с резким уменьшениемрадиуса токового шнура, в приосевой области резко растут концентрация электронов и яркость излучения. Эффект гистерезиса впервые был экспериментальнообнаружен и описан в столбе неона в работе [148].Начиная с 60-х годов прошлого века предлагались различные точки зренияна природу контракции.

Отчасти, явление контракции связано с неоднороднымразогревом газа. В работах [149, 150] приводились качественные соображения орадиальной диссоциации молекулярных ионов. Предполагалось, что на оси столба22Рисунок 1.2: Контрагированный положительный столб разряда в неоне.молекулярные ионы диссоциируют из-за высокой температуры, и скорость рекомбинации в этой точке минимальна. Поскольку температура нейтральных атомовпадает по направлению к стенке плазменного объёма, скорость рекомбинациирастет. Таким образом, заряженные частицы гибнут на периферии столба и формируется узкий шнур вдоль оси разряда.

Однако, данное объяснение контракциитребовало слишком высоких значений температуры газа на оси (порядка 5000 К).Наиболее широко распространенная точка зрения на природу контракцииберет свое начало в теории ЛТР для описания термической (в т.ч. дуговой) плазмы.Она высказывалась во множестве оригинальных работ [151–155]. Основная идеязаключается в росте величины приведенного продольного электрического поля/ из-за высокой температуры газа и низкой плотности нейтральных атомов .Экспоненциальная зависимость скорости ионизации от приведенного электрического поля вызывает сжатие зоны ионизации к оси разряда.

Более того, уравнениетеплопроводности (или уравнение амбиполярной диффузии) сводится к нелинейному дифференциальному уравнению с температурой газа (или, соответственно,плотностью электронов) в экспоненте. Такое уравнение решалось аналитически ипозволяло описать зависимость радиуса шнура от разрядных условий. Недостатоктакого подхода заключался в отсутствии согласия с результатами эксперимента:контракция наблюдалась при слишком малых градиентах температуры газа. Также,модели термической плазмы не объясняли скачкообразных переходов.Альтернативная точка зрения на сжатие зоны ионизации была предложенав [156]. В данной работе анализировалось кинетическое уравнение с учетом упругих, неупругих, и межэлектронных столкновений.

Была разработана аналитическая теория, подобная диффузионной теории Шоттки, и затем обобщена на случайдиффузионно-рекомбинационной гибели заряженных частиц. В то же время, проводились детальные спектроскопические и зондовые эксперименты в контраги-23рованных разрядах [157]. В этих работах был сделан вывод, что во всех инертныхгазах, кроме гелия, основной причиной скачкообразной контракции являетсянелинейная зависимость скорости ионизации от плотности электронов вкупе срекомбинационной гибелью заряженных частиц.Cтоит отметить работу [158], в которой явление контракции изучалось с позиций нелинейной динамики, и был сделан вывод, что его можно рассматривать какфазовый переход первого рода.Более детально, природу контракции можно понять из следующих соображений, образующих сложившуюся современную картину явления.

В положительном столбе тлеющего разряда концентрации заряженных частиц и источниковионизации спадают по радиусу. При невысоких давлениях и токах ионизация пропорциональна плотности электронов, а гибель заряженных частиц происходит настенках разрядной трубки вследствие амбиполярной диффузии. В данном случаеформируются плавно спадающие радиальные профили (близкие к бесселевскому).С повышением давления и тока источники ионизации начинают стягиваться коси. Можно выделить две основные причины:1. Учет межэлектронных столкновений в кинетическом уравнении для функции распределения электронов по энергиям (ФРЭ) демонстрирует наличиеэкспоненциальных зависимостей числа актов ионизации не только от приведенного поля / , но и от степени ионизации / .

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6367
Авторов
на СтудИзбе
309
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее