Диссертация (1150867), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

4.3.Каждый зонд подсоединялся к «земле» через высокоомные делители напряжения5.4 МОм : 5.4 КОм (коэффициент деления 103). Такой делитель был выбран последующим причинам. Во-первых, необходимо было обеспечить рабочую точкузонда вблизи «плавающего» потенциала (зондовый ток 10–5A), во-вторых,необходимобылообеспечитьХарактерная длительностьтребуемоевременноеразрешениесхемы.10–4 с, длительность фронтов импульсов ~10–6 с.Входная емкость усилителя не превышала 10 пФ, поэтому для обеспечениявременного разрешения не хуже 10–7 с нижнее звено делителя не должно былопревышать нескольких КОм.

Потеря сигнала компенсировалась необходимым75усилением полезного сигнала. Два сигнала с двух зондов, пропорциональныеплавающим потенциалам, поступали на дифференциальный усилитель, разностькоторых, затем, поступала на схему регистрации и измерения сигнала PUPSIK,сопряженнуюскомпьютером.Навыходеусилителявключалсятакжемилливольтметр для контроля и более точного измерения напряженности поля врежиме постоянного тока.Рис.

4.3. Схема измерения напряженности электрического поля.Импульсно-периодический режим питания разряда создавался с помощьюсхемы, представленной на Рис. 4.4. Последовательно с разрядной трубкойвключался полевой транзистор, на затвор которого поступали импульсы сгенератора и запирали его на время импульса. Величину тока в импульсе можнобыло выбирать с помощью сопротивлений, включенных последовательно струбкой и транзистором, а также изменением напряжения питания схемы.

На этом76рисунке показана также мини-камера для измерения полного светового потока,испускаемого плазмой.Рис. 4.4. Схема создания импульсно-периодического разряда. На этом же рисункетакже показана мини-камера для измерения полного светового потока,испускаемого плазмой.Измерения проводились следующим образом. Измерялись напряжения междуанодом и катодом Uac, анодом и первым и вторым зондами Ua1 и Ua2, напряжениемежду зондами U12, напряжения между катодом и зондами Uc1 и Uc2.Напряженность продольного электрического поля рассчитывалась по формулеE = U12/l12 ,(4.4)77гдеl12 есть расстояние между зондами. Полное падение напряжения вприэлектродных областях Uelectrode рассчитывалось с помощью соотношенияUelectrode = Uac – E∙lcol ,(4.5)где lcol – длина положительного столба. При этом полагалось, что длины катоднойи анодной областей много меньше длины положительного столба, поэтому вкачестве lcol бралось расстояние между электродами.Полученные значения напряженности электрического поля в плазме и падениянапряжениявприэлектродныхобластяхиспользовалисьдлярасчетаэлектрической мощности, рассеиваемой в положительном столбе, и электродныхпотерь мощности:Wcol = iElcol ,(4.6)Welectrode =iUelectrode ,(4.7)i – величина тока разряда.

Световая отдача разряда как целого dis и световая отдачаположительного столба col рассчитывались следующим образом:dis = ФL / [li(t)U(t)dt], col = Ф/[li(t)E(t)dt] .(4.8)Здесь L есть полная длина разряда, l – длина части трубки, покрытой миникамерой, Ф – световой поток, регистрируемый мини-камерой, T – периодизменения разрядного тока.4.3. Результаты зондовых измерений, спектральные и светотехническиехарактеристикиНа Рис. 4.5 и Рис. 4.6 представлены результаты измерения электрического токаi(t), напряжения на электродах разрядной трубки Uac(t) и напряженностипродольного электрического поля E(t) в положительном столбе разряда в смесипаров воды и аргона при давлении аргона 1 Тор и двух температурах стенок трубки78– 30оС и 60оС.

Частота повторения импульсов была 5 КГц, скважность импульсов– 2, разрядный ток в импульсе – 300 мА.i, mAE, V/cm8002,570Uac, V 60502,06001,5400401,0300,520102000,00-0,50-200-1,0-10-400250-1,5050100150200t, sРис. 4.5. Напряжение на разрядной трубке Uac(t), электрический ток i(t) инапряженностьпродольногоэлектрическогополяE(t)приимпульсно-периодическом питании (Ar + Н2О) - разряда при температуре стенок трубки30oC.

Частота повторения импульсов 5 KГц, скважность импульсов – 2, давлениеаргона – 1.0 Тор.Длительность импульсов (100 мкс) для исследованных условий быладостаточно большой, чтобы к концу импульса характеристики плазмы были близкик характеристикам в разряде постоянного тока в 300 мА. Это хорошо видно изрисунков: разрядный ток становится равным 300 мА, напряженность поля инапряжение на электродах выходят на плато.При температуре стенок 30оС характеристики плазмы близки к тому, чтонаблюдается в разряде в чистом аргоне.

Например, напряженность электрического79поля в конце импульса составляет примерно 1 В/см, что совпадает со значениями вразряде постоянного тока [11,44] при давлении аргона 1 Тор и токе 0.3 А.Увеличение температуры стенок разрядной трубки до 60оС существеннымобразом изменяет измеряемые характеристики. Прежде всего, обращает на себявнимание изменение во времени всех трех характеристик.

При 30оС формаразрядного тока в импульсе близка к прямоугольной, напряжение на электродах инапряженность поля имеют максимум в начале импульса и затем релаксируют кзначению в разряде постоянного тока с характерным временем порядка 40-50 мкс.Напряжение на трубке к концу импульса (~40 В) также становится практическиравным напряжению разряда постоянного тока к концу импульса (~ 40 В [11]). При60оС вначале импульса ток начинает расти от значения ~ 130 мА, его ростнаблюдается в течение 20-25 мкс, достигает слабого максимума и затем медленноуменьшается к концу импульса.

Полученные времена релаксации плазменныххарактеристик при 60оС примерно вдвое меньше (~15-20 мкс), чем в разряде вчистом аргоне (40-50 мкс при 30оС). Наконец, в начале импульса тока при 60оСнапряженность электрического поля примерно в 4 раза (7-8 В/см в пике и 2 В/см вконце импульса) больше значения в разряде постоянного тока при даннойтемпературе, в то время как при 30оС рост составляет примерно 2 раза (2 В/см и 4В/см соответственно). Это же относится и к напряжению на электродах трубки: при60оС наблюдается рост примерно в 3 раза, при 30оС – примерно в 1.5 раза (см. Рис.4.5 и Рис. 4.6).Заметно меньшая величина тока и более сильный рост напряженностиэлектрического поля в начале импульса могут быть связаны с уменьшениемпроводимости плазмы, т.е. с уменьшением числа свободных электронов.

За счетгибели в результате амбиполярной диффузии их концентрация уменьшаетсяпримерно вдвое (см. Рис.4.5), что видно из почти двукратного увеличениянапряженности поля в начале импульса и величины тока, практически равного токув конце импульса. При 60оС потери электронов за счет диффузии должны бытьпримерно теми же, что и при 30оС, поскольку подвижность электронов в обоихслучаях определяется столкновениями электронов с атомами аргона [11]. Однако,80низкое значение тока в начале импульса и значительный рост напряженностиэлектрического поля свидетельствуют о заметно более сильном уменьшениипроводимости: полученные данные позволяют оценить это уменьшение в 7-8 раз(примерно двукратное уменьшение тока и четырехкратный рост напряженностиполя).

Наиболее вероятной причиной наблюдаемого явления, с нашей точкизрения, является образование отрицательных ионов в послесвечении разряда приуменьшении средней энергии электронов. В нашем случае отрицательные ионымогут быть разного рода, и наиболее вероятные из них – этоH–, OH–, H2O– [46]. Впринципе, возможно образование и более сложных отрицательно заряженныхкомплексов на основе этих ионов.i, mAUac, VE, V/cm200150880066004400220000100500-2-200-50050100150200250t, sРис. 4.6.

Напряжение на разрядной трубке Uac(t), электрический ток i(t) инапряженностьпродольногоэлектрическогополяE(t)приимпульсно-периодическом питании (Ar + Н2О) - разряда при температуре стенок трубки60oC. Частота повторения импульсов – 5 KГц, скважность импульсов – 2,давление аргона – 1.0 Тор.81К сожалению, возможное образование отрицательных ионов в послесвеченииразряда и связанное с этим уменьшение подвижности электронов (увеличениерассеиваемой в плазме электрической мощности) привело, по нашему мнению, котрицательному результату увеличения световой отдачи в исследованномдиапазоне разрядных условий и параметров импульсной модуляции.

Этоподтверждается Рис. 4.7, на котором приведена световая отдача η импульснопериодического разряда по отношению к светоотдаче разряда постоянного токапри варьировании температуры стенок и отношения длительности импульсаpulse кпериоду повторения импульсов Т – pulse/T. Частота повторений импульсовсоставляла 5 КГц, давление аргона – 1.0 Тор. Из рисунка видно, что увеличениескважности(уменьшенииотношенияpulse/T)действительноувеличиваетэффективность разряда как целого. При низкой температуре стенок это увеличениезаметнее (более, чем в два раза), при 40оС рост составляет примерно 1.5 раза, при60оС роста почти нет. При низкой температуре стенок результат достаточноочевиден, поскольку разряд практически протекает в чистом аргоне и в импульсетока напряженность электрического поля заметно превосходит напряженностьполя в разряде постоянного тока.

Увеличение температуры стенок приводит кпоявлению отрицательных ионов и уменьшению роста эффективности.Из Рис. 4.5 и 4.6 следует еще один важный вывод. Нетрудно видеть, чтоизменение во времени напряжения на трубке Uac(t) и напряженности продольногоэлектрического поля E(t) практически совпадают с точностью до константы. Легкопоказать, что эта константа есть падение напряжения в приэлектродных областяхразряда.

Характеристики

Список файлов диссертации