WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Здесь важное значение может иметь собственно сам процесс расширения плазмы в вакуум и конфигурация электродов. Из механизмов ускорения ионов могут рассматриваться кулоновский взрыв1 и ускорение ионов в глубокой потенциальной яме2. Анод может в этом случае работать как коллектор электронов, создающий в расширяющейся плазме нескомпенсированный объемный заряд. Чем дальше расположен анод, тем дольше действует коллектор электронов и процесс расталкивания ионов. При достижении плазмой анода потенциал плазмы сравнивается с потенциалом заземленного Рис.4. Схема разрядной анода и процесс ускорения заканчивается.

камеры: А- анод, К- катод, Разряд происходил на В разделе 3.2. исследована зависимость поверхности поворотного состава потока плазмы наносекундного полуцилиндра пробоя по поверхности диэлектрика от направления разлета. Для этого была сконструирована разрядная схема, показанная на Рис.4. Разряд происходил на плоской грани поворачивающегося полуцилиндра. В этом эксперименте первая диафрагма у спектрометра Томсона была удалена, а ее функцию выполняло отверстие в Kovalev V. F. Analytic Solutions to theVlasov Equations for Expanding Plasmas/ V. F.

Kovalev, V.Yu. Bychenkov // PHYSICAL REVIEW LETTERS. –2003. -V. 90. -N.18. -pp.

185004-Баренгольц С.А. Модель коллективного ускорения ионов в вакуумном разряде на основе концепции глубокой потенциальной ямы/ С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц, Э.А.

Перельштейн // ЖЭТФ. –2000. -Т.118. -Вып.6 (12). -c. 1358-1365.

диафрагме на расстоянии 1 см от разрядной поверхности. На дальний от диафрагмы край подавался импульс напряжения, а ближний был заземлен. Вид спектрограмм в зависимости от угла представлен на Рис. 5.

Видно, что ионы водорода присутствуют, начиная с = 45о. Ионы углерода начинают Рис.5. Вид спектрограмм для различных ориентаций появляться при > 70о или углах менее 20о к поверхности: = 45о, 60о, 70о, нормали к поверхности. При приближении к 80о и 90о нормали наблюдается эффект уширения парабол ионов водорода и увеличения их интенсивности. В то же время измерения по нормали с обычным положением первой диафрагмы (спектрограмма 90’ Рис. 5.) дает массовый состав близкий к химическому и нормальную ширину парабол углерода. Этот эффект может быть объяснен разными областями ускорения ионов. Ионы водорода ускоряются перед диафрагмой и поэтому парабола имеет нормальную ширину. Ионы углерода ускоряются после диафрагмы и облако плазмы ионов водорода существенно шире отверстия в диафрагме, что объясняет уширение парабол углерода. Кроме того, в области ускорения углерода присутствуют ионы, образовавшиеся на широком участке разряда, что может объяснить возросшую интенсивность парабол углерода.

В разделе 3.3. исследованы различные варианты комбинированного разряда, совмещающего в себе разряд по поверхности диэлектрика и пробой вакуумного промежутка. В результате был обнаружен эффект селективного ускорения ионов водорода в таком разряде. Основная разрядная схема представлена на Рис. 6. На штыревой потенциальный электрод надевался полиэтиленовый цилиндр с центральным отверстием. Длина образованного капилляра составляло 5 мм. Использовался генератор РАДАН 150.

Заземленный электрод представлял собой пластину с отверстием затянутым сеткой. Вакуумный зазор менялся от 2 мм до 15 мм. При подаче положительного импульса регистрировались ионы водорода с энергиями до 350 кэВ. Ионов углерода замечено не было.

Причем, был предпринят поиск а б ионов углерода по расположению точки прицеливания оси спектрометра и всему доступному диапазону энергий. В случае подачи отрицательного импульса Рис.6. Капиллярный разряд в диэлектрике и пробой вакуумного промежутка:

никакого сигнала ионов а - схема, б - спектр энергий H+ зафиксировано не было во всем б диапазоне энергий и точек прицеливания. Для а положительного импульса максимальные энергии ионов водорода росли при увеличении зазора от 2 мм до 7 мм, достигнув в максимуме 350 кэВ, и после этого снижались вплоть до Рис.7. Поверхностный разряд по диэлектрику и пробой вакуумного расстояния 15 мм. Были промежутка 0,5 мм:

исследованы несколько разрядных а - схема (1- потенциальный электрод, 2 - заземленный электрод, 3 - точка схем, совмещающих разряд по прицеливания,4 - кольцо), б - спектр энергий H+ поверхности диэлектрика и пробой вакуумного промежутка. Во всех случаях этот эффект присутствовал. Был исследован коаксиальный разряд по диэлектрику с вакуумным промежутком 0,5 мм, который мог устраняться металлическим кольцом (Рис. 7.).

Обнаружено, что при появлении зазора в 0,5 мм доля ионов H+ растет с 50% до 76%. При этом в распределении H+ появляется высокоэнергетичный хвост.

Данная схема является переходной от поверхностного перекрытия к комбинированному разряду.

В главе 4 описываются эксперименты с потоками ионов и электронов из плазмы вакуумной дуги. В разделе 4.1. описано исследование параметров потока ионов, возвращающихся на катодную поверхность из Рис.8. Осциллограмма тока дуги и тока ионов на плотной плазмы катодного пятна. Для этого в коллектор за катодной качестве катода была применена тонкая 2 мкм пленкой медная пленка, прожигаемая разрядом. В образовавшееся отверстие поступала плазма, которая потом анализировалась ионным спектрометром. Разряд зажигался в закрытом пленкой объеме, таким образом, в общий объем камеры поступала только плазма из отверстий.

Рис.9. Энергетический спектр ионов меди Так же было возможно измерять общий ионный ток коллекторной пластиной расположенной под пленкой на расстоянии 3 мм. Результаты коллекторных измерений показывают (Рис. 8.), что ток на коллектор положительный. В осциллограмме тока присутствуют положительные интенсивные выбросы, соответствующие Рис.10. Сигналы потока локальным падениям тока разряда. Спектр ионов при настройке ионов меди представлен на Рис. 9. Видно, что E/Z= 42 эВ, для вакуумной дуги с Mo электродами как энергетический, так и зарядовый состав потока совпадает с известными параметрами потока от катодного пятна. В разделе 4.2. описывается измерение временного характера ионного потока. Для выяснения временного характера потока ионов был использован режим электростатического спектрометра для временного анализа потока частиц с определенным E/Z. Энергетический дискриминатор настраивался на параметры E/Z от 20 эВ до 80 эв. Результаты показывают (Рис. 10.), что поток ионов для одной энергии состоит из последовательности всплесков.

В каждом всплеске зарядовый состав меняется, но всплески разных зарядов совпадают во времени. Прекращению разряда соответствует мощный всплеск однозарядных ионов. Данные эксперименты показывают, что, скорее всего, поток ионов из катодной области вакуумной дуги состоит Рис.11. Электрическая схема из интенсивных всплесков. Другим эксперимента 1, 2 – сеточные анализаторы вариантом может быть постоянное ускорение ионов в узком диапазоне E/Z, при меняющемся в широком диапазоне Е.

В разделе 4.3. для исследования временного характера ускоренного электронного потока были использованы малогабаритные энергоанализаторы, действующие по принципу задерживающего потенциала.

Рис.12. Осциллограммы напряжения, тока дуги Схема разряда представлена на Рис. 11.

и потока электронов при Катодная пластина могла поворачиваться на задерживающем потенциале сеточного анализатора 60 В угол ±90о по оси. Для синхронного анализа потока электронов с разных направлений использовались 2 сеточных анализатора. Ток дуги составлял 10 А, зарядное напряжение 70 В. Расстояние анод – катод составляло 3 мм. Измерялись напряжение и ток дуги, а также сигналы с двух анализаторов. Типичная осциллограмма с появлением ускоренных электронов показана на Рис. 12. Показано, что поток электронов представляет собой последовательность выбросов длительностью от 50 до 200 нс. Выбросы потока ускоренных электронов с высокой вероятностью соответствуют локальным падениям тока дуги и попыткам дуги погаснуть.

Появление выбросов ускоренных электронов синхронно для разных направлений. Наибольшую амплитуду имеют выбросы по нормали к поверхности катода независимо от положения анода. При приближении к тангенциальному направлению амплитуда выбросов стремится к нулю.

В заключении сформулированы основные результаты исследования.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. I.L.Muzukin, A.M.Mourzakaev. The characteristics of an ion flow from a cathode spot of a vacuum arc, XIIX International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 1998, Eindhoven, Nethrlands, Рp. 306-2. I.L.Muzukin, A.М.Mourzakaev. Temporal characteristics of charged particle flows in a low current vacuum arc. XX International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2002, Tours, France, Pp. 560-3. И.Л.Музюкин, С.В.Барахвостов. Угловая зависимость энергомассового состава плазмы вакуумного пробоя по поверхности. ПЖТФ, 2005, т. 31, В. стр. 27-4. И.Л.Музюкин. Исследование временных характеристик потока ионов из катодной области вакуумной дуг ЖТФ, 2006, том 76, В. 2, стр. 128-5. И.Л.Музюкин С.В.Барахвостов, Ю.А.Земсков. Энергетический и зарядовый состав потока плазмы наносекундной вакуумной искры ПЖТФ, 2006, том 32, В. 12, стр. 45-6. И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, С.В.Барахвостов. Генерация высокоэнерге- тичных протонов при поверхностном разряде ПЖТФ, 2006, том 32, В. 5, стр.

65-7. И.Л.Музюкин, Ю.Н.Вершинин, С.В.Барахвостов. Особенности энергомассового состава плазмы коаксиального вакуумного наносекундного поверхностного разряда, ЖТФ, 2006, том 76, В. 9, стр. 46-8. I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov. A Nanosecond Discharge Over a Dielectric Surface as a Method for Generation of Multicharged Plasma. Plasma Science, IEEE Transactions 2005, vol. 33, № 5, Page(s): 1654 – 9. I.L.Muzyukin. Time-resolved investigations of the accelerated electron flow from the cathode region of a vacuum arc, IEEE Transactions on Plasma Science, Volume 33, Issue 5, Oct. 2005, Page(s): 1560 – 10. I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov. Characteristics of the plasma flow of a nanosecond vacuum flashover, Изв. вузов. Физика.N 8, стр.34-36, 11. И.Л.Музюкин. Исследования энергетического и массового состава ионов плазмы наносекундной вакуумной искры, Физика экстремальных состояний вещества – 2005, Черноголовка – 2005, стр. 210-12. И.Л. Музюкин, С.В. Барахвостов. Эффект селективного ускорения ионов водорода при пробое комбинированного промежутка, Физика экстремальных состояний вещества 2006, Черноголовка 2006, стр. 238-13. I.L. Muzyukin, S.V.Barakhvostov. Effect of the selective acceleration of light ions in vacuum flashover, combined with a vacuum gap breakdown, XXIIth International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 14. I.L.Muzyukin. Investigation of a plasma flow of a short vacuum spark, Proceedings XXIIth Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, 2006, Matsue, Japan.

15. I.L.Muzyukin, S.V.Barakhvostov. Angular dependence of energy-mass distribution of surface discharge plasma ions. XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2004, vol. 1,Yalta, Crimea, Рp.

135-16. I.L.Muzyukin. Temporal measurement of an accelerated electron flow from area of a vacuum arc, XXI International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 2004, vol. 1,Yalta, Crimea, Рp. 269-

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»