WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 5 04;12 Самоорганизация канальной структуры наносекундного диффузного разряда в электродной системе проволочка–плоскость © П.Б. Репин, А.Г. Репьев Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, 607188 Саров, Нижегородская область, Россия (Поступило в Редакцию 28 августа 2000 г.) Представлены результаты экспериментальных исследований пространственной структуры выскоковольтного диффузного разряда в электродной системе проволочка–плоскость. Обнаружена самоорганизация в регулярные ячейки токовых каналов разряда в плоскости перпендикулярной напряженности электрического поля. Изучены зависимости параметров структуры от величины межэлектродного зазора в сантиметровых промежутках и давления воздушной среды в диапазоне 220... 760 Torr. Самоорганизация структуры разряда объясняется электрическим взаимодействием зарядов головок диффузных каналов в стадии перемыкания промежутка.

Высоковольтный диффузный разряд наносекундного странственной структуры разряда осуществлялась фодиапазона в сантиметровых межэлектродных промежут- тографированием внешнего вида разряда и отдельных ках с резко неоднородным распределением электрическо- его участков, а также методом автографов, оставляемых го поля сопровождается потоками быстрых электронов токовыми каналами на тонких слоях вещества, наносии сопутствующего тормозного рентгеновского излуче- мого на анод. Фотографирование разряда производилось ния [1]. Это обусловливает широкое применение разряда фотоаппаратом Зенит Е (объектив Гелиос 44-2). Угол для предионизации активной среды газовых лазеров [2] и съемки выбирался таким образом, чтобы одновременно эффективной очистки воздуха от органических загрязни- регистрировать пространственную стурктуру разряда и телей [3]. Генерация потоков ионизирующих излучений расположение каналов разряда по поверхности анода.

связывается с наличием канальной и микроканальной Расстояние, с которого производилось фотографировапространственной структуры разряда [1,4], что стимули- ние, варьировалось в пределах от 0.2 до 0.4 m. В качестве рует ее изучение. светочувствительного материала использовалась изохроИсследования, проведенные к настоящему времени, матическая пленка со спектральной чувствительностью позволили установить регулярный характер многока- до 640 nm.

нальной структуры разряда и основные зависимости ее В качестве покрытий анода для получения автограпараметров и закономерностей формирования от режима фов токовых каналов использовалась сажа, мелкодисвозбуждения разряда [1,4,5]. В то же время регистрация персное пенистое вещество и фотоэмульсии заводского пространственной структуры разряда в [4,5] была огра- производства, пропитанные элекролитом. В специальных ничена в основном фотографированием сбоку внешнего экспериментах было устновлено, что наличие на аноде вида разряда, т. е. фактически фиксировались только регистрирующего покрытия не влияет на электрические проекции токовых каналов на проходящую через катод- характеристики и внешний вид разряда.

проволочку–плоскость, перпендикулярную аноду. Кроме Наибольшей информативностью при регистрации автого, осталась невыясненной зависимость геометриче- тографов токовых каналов разряда, как установлено ских параметров токовых каналов от давления газовой в экспериментах, обладают сажевые слои (толщина среды. 0.05 mm, дисперсность 4 µm). Внешне автограф В данной разботе представлены результаты исследо- канала на саже представляет собой различимый на отвания пространственной структуры в плоскости анода блеск, круглый отпечаток, выделяющийся на фоне сажи наносекундного диффузного разряда, формируемого в несколько другим оттенком. Характерный серебристый воздухе при давлении p = 220... 760 Torr. оттенок придают отпечатку образующие его многочиЭксперименты проводились в электродной системе сленные микроканалы [1]. Сложность обработки автопроволочка (диаметр 0.2 mm, длина 120 mm)–плоскость. графов на сажевых слоях в сочетании с необходимостью Величина межэлектродного зазора h варьировалась от большого числа повторных опытов из-за статического 50 до 105 mm. Источник питания обеспечивал на катоде- разброса результатов экспериментов обусловили испольпроволочке импульсы напряжения отрицательной поляр- зование сажевых покрытий в основном для контрольных ности с фронтом нарастания 8 ns и полной длительно- экспериментов и при исследовании микроструктурных стью 180 ns. Амплитуда напряжения в зависимости от параметров разряда, результаты которых будут опублиусловий формирования разряда составляла 80... 100 kV. кованы в ближайшее время.

Амплитуда тока разряда по мере уменьшения давления Для исследования микроструктуры разряда вместо и зазора возрастала от 20 до 860 A. Регистрация про- сажи использовалось мелкодисперсное пенистое вещеСамоорганизация канальной структуры наносекундного диффузного разряда в электродной системе... при пониженных давлениях, где разряд обладает достаточной для регистрации интенсивностью свечения.

По сравнению с методом автографов фотографирование дает несколько заниженный результат по числу Nc. Специально поставленный эксперимент с одновременным использованием обоих методов позволил выяснить причину этого расхождения, заключающуюся в совпадении на пленке проекций некоторых каналов. Общая ошибка регистрации числа каналов методом фотографирования, учитывая совпадение проекций, а также в некоторых случаях недостаточную фокусировку отдельных каналов разряда, составляла 20... 40%. Метод автографов на саже и метод автографов с использованием мелкодисперсного пенистого слоя дают, как правило, близкие значения Nc. Общая погрешность регистрации Nc методами автографов находится в пределах ±5% и определяется Рис. 1. Внешний вид разряда (h = 74 mm, p = 310 Torr).

погрешностью счетаразличимости отпечатка. Последняя обусловлена экспериментально обнаруженной вероятностью появления максимум одного на десять каналов объство. Преимуществом применяемого вещества является екта, возможно, не являющегося автографом (например, существенно большая по сравнению с сажей чувстви пылинка или дефект на поверхности сажи, лопнувший тельность к токовым каналам разряда (слой вещества пузырек пены).

толщиной 1 mm регистрирует не только основные В экспериментах обнаружено, что периодический хаканалы протекания тока, но и едва визуально разлирактер пространственной структуры разряда проявлячимые фрагменты). Разрешающая способность метода ется не только в равномерном распределении токовых определяется дисперсностью используемого вещества каналов вдоль катода-проволочки. В плоскости анода 200 µm. Следует отметить, что с уменьшением давленаблюдается самоорганизация разрядных каналов в рения дисперсность вещества постепенно увеличивается.

гулярные ячейки. На рис. 2 представлены отпечатки В связи с этим при пониженных давлениях методика приканалов одного разрядного импульса на слое мелкодисменялась только для определения числа токовых каналов персного пенистого вещества. Анализ фотографий для и их пространственного расположения по поверхности различных h позволил установить, что каналы в плосанода.

кости анода располагаются в гексагональном порядке В экспериментах установлено, что внешний вид разряв несколько рядов, симметрично от проекции катода.

да типичен для высоковольтных наносекундных разрядов Идеализированная картина распределения каналов по в промежутке проволочка–плоскость [4,5] и представляаноду представлена на рис. 3.

ет собой ряд отдельных диффузных каналов, равномерно С уменьшением h от 100 до 60 mm происходит распределенных по длине проволочки-катода (рис. 1).

уплотнение отпечатков, т. е. без изменения числа рядов Среднее число каналов разряда по мере увеличения увеличивается число каналов в каждом ряду. Расстояние зазора от 50 до 105 mm уменьшается от 36 до 14.

между осями крайних рядов при этом остается примерно Число диффузных каналов разряда Nc определялось с одинаковым и равно 25 mm. Дальнейший переход к использованием всех трех выше упомянутых методик.

h = 50 mm сопровождается появлением дополнительных Фотографирование внешнего вида разряда позволяет двух боковых рядов отпечатков, при этом расстояние определить Nc во всем диапазоне давлений при мамежду ближайшими к центральному рядами сокращается лых межэлектродных зазорах и во всем диапазоне h с 25 до 15 mm, а между осями крайних рядов составРис. 2. Распределение автографов разряда по поверхности анода, покрытого тонким слоем мелкодисперсного пенистого вещества (h = 74 mm, p = 400 Torr).

9 Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 130 П.Б. Репин, А.Г. Репьев поля и поля, создаваемого несколькими ближайшими каналами. При этом запаздывающие каналы, благодаря электрическому взаимодействию зарядов своих головок с квазинейтральными столбами соседних каналов большей длины, сливаются с ними [5]. Эффект слияния Рис. 3. Идеализированная картина расположения автографов на поверхности анода. каналов ведет к уменьшению их числа, увеличению среднего расстояния между ними и выравниванию положения головок остающихся каналов относительно анода. В свою очередь это ведет к замедлению самого эффекта слияния ляет 33 mm. Скорость увеличения числа регии нелинейному характеру зависимости числа отпечатков стрируемых каналов с уменьшением h в диапазоне каналов на аноде от межэлектродного расстояния. Рас50 mm < h < 60 mm заметно выше, чем при изменении пространение каналов, концы которых находятся примерзазора от 100 до 60 mm. Следует отметить, что наблюдано на одинаковых расстояниях от анода, сопровождается емая картина организации структуры разряда стыкуется расталкиванием их одноименно заряженных головок.

с результатами [4], где также отмечался нелинейных В результате распределение каналов в плоскости, перхарактер зависимости числа разрядных каналов от вепендикулярной напряженности внешнего электрического личины межэлектродного зазора.

поля, упорядочивается в регулярную структуру.

Средний диаметр канала при увеличении h от 50 до 80 mm слабо уменьшается от 1.1 mm до 0.9 mm, в то вреСписок литературы мя как дальнейший рост h до 105 mm ведет к заметному уменьшению диаметра до 0.4 mm. Диаметр отпечатков [1] Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И. и др. // каналов в центральных рядах картины распределения Исследования по физике плазмы / Под ред. В.Д. Селемира, автографов на аноде, как правило, больше, чем в крайних.

А.Е. Дубинова. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 1998. С. 39–67.

Это может быть обусловлено увеличением длины кана[2] Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И. и др. // лов при удалении от проекции катода на анод (длина Квантовая электрон. 1991. Т. 18. № 7. С. 891.

канала соответствует длине силовой линии внешнего [3] Буранов С.Н., Воеводин С.В., Воеводина И.А. и др. // поля [5]) и связанным с этим падением тока в канале Исследования по физике плазмы / Под ред. В.Д. Селемира, А.Е. Дубинова. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 1998. С. 339–361.

за счет увеличения его сопротивления.

[4] Павловский А.И., Воинов М.А., Горохов В.В. и др. // ЖТФ.

Число каналов и их распределение по аноду от давле1990. Т. 60. Вып. 1. С. 64.

ния практичски не зависят. Только вблизи нижней грани[5] Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И., Репин П.Б. // цы исследованного диапазона p наблюдается тенденция ТВТ. 1991. Т. 29. № 2. С. 383.

уменьшения числа разрядных каналов, что может быть связано с переносом части разрядного тока визуально наблюдаемыми при пониженных давлениях областями диффузного свечения и недостаточной чувствительностью методик определения числа каналов при падении плотности тока. При всех значениях p наблюдается три ряда автографов (h = 74 mm). Расстояние между осями крайних рядов увеличивается от 25 до 40 mm по мере уменьшения давления от атмосферного до p 300 Torr.

Средний диаметр канала при этом увеличивается от до 4.5 mm.

Наблюдаемая самоорганизация структуры разряда в плоскости, перпендикулярной направлению электрического поля, наиболее логичным образом объясняется электрическим взаимодействием зарядов головок каналов в стадии перемыкания промежутка [5].

Вблизи катода головки стартовавших с него каналов находятся на различных расстояниях от анода в силу статистического разброса времени старта и осесимметричного распределения электрического поля в непосредственной близости от проволочки, определяющего начальное направление движения каналов. По мере удаления от катода и спада напряженности поля, задаваемого геометрией электродной системы, направление дальнейшего движения каждого отдельного канала определяется суперпозицией внешнего электрического Журнал технической физики, 2001, том 71, вып.




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.