- 2 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ ...................................................... 4
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ ИССЛЕДОВАНИЮ
РАЗВИТИЯ РАЗРЯДА В ДЛИННЫХ ТРУБКАХ ............. 10
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА
ИЗМЕРЕНИЙ ...................................... 26
§ 2.1. Наполнение и вакуумная обработка
разрядной трубки................................ 26
§ 2.2. Электрическая схема измерений
(периодический режим) .......................... 27
§ 2.3. Устройство для формирования оди -
ночного импульса напряжения ................... 33
§ 2.4. Измерения в магнитном поле ..................... 39
ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ РАЗРЯДА В РЕЖИМЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
И ОДИНОЧНЫХ ПРИБОЕВ .".......................... 41
§ 3.1. Периодический пробой разряда в
гелии ......................................... 41
§ 3.2. Развитие разряда в трубке с аргоном ..... 50
§ 3.3. Обсуждение результатов ........................ 55
§ 3.4. Пробой под действием одиночного
импульса напряжения ............................ 60
ГЛАВА 4. РАЗВИТИЕ РАЗРЯДА В ДЛИННОЙ ТРУБКЕ ПРИ
НАЛИЧИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ........................ 71
§ 4.1. Влияние магнитного поля на пробой
в периодическом режиме ....................... 71
§ 4.2. Структура переднего фонта волны
ионизации и влияние на нее продольного магнитного поля ....................... 77
§ 4.3. Влияние магнитного поля на раз -
витие одиночного пробоя ........................ 84
- 3 -
Стр.
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ................... 90
§ 5.1. Современное состояние теоретических исследований волн ионизации, рас -простреляющихся цри пробое длинных трубок .................................... 90
§ 5.2. Обсуждение экспериментальных ре -зультатов в рамках теоретической модели ионизующих волн ....................... 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................... 105
ЛИТЕРАТУРА ....................................... 109
- 4 -
ВВЕДЕНИЕ
Процесс пробоя длинных разрядных промежутков, основные свойства которого не укладываются в рамки довольно хорошо изу -ченннх таунсевдовского и стримерного механизмов, относится к классу физических явлений, широко распространенных как в природе, так и в технике. При таком пробое происходит движение фронтов ионизации в газе, сопровождаемое зарядкой распределенной емкости (окружающего пространства в лидере молнии или стенок цри электрическом пробое газоразрядных трубок). Этот класс яв -лений изучается уже десятки лет и о нем накоплен довольно об -ширный экспериментальный материал.
Интерес к исследованию развития разряда в длинных труб -ках, длина которых много превышает их радиус, в пятидесятых годах был связан с широким распространением газоразрядных источ -ников света. В частности, эти исследования нашли применение при разработке бесстартерных схем зажигания люминесцентных ламп.
Особую актуальность исследования волнового пробоя цриоб -рели в последнее время, так как, кроме чисто научного интереса, изучение этого явления получило и новое прикладное значение, вызванное расширением области его применений. Это связано с развитием техники газовых лазеров, в частности, с решением вопросов формирования разряда в них. С помощью волны ионизации, движущейся с большой скоростью (~ Ю9 см/с) по сяабоионизованной плазме, удалось получить генерацию в импульсном лазере на молекулярном азоте. Такую волну используют для исследования элементарных процессов - в частности, кинетики заселенности возбуж -денных уровней, коэффициента диффузии атомарного водорода и т.д., причем этот метод имеет ряд преимуществ по сравнению с
- 5 -
известными. Электрические свойства "быстрой" волны позволяют применять ее при создании генераторов субнаносекундных высоковольтный импульсов. Кроме того, разряд, остающийся однородным после прохождения фронта, может быть использован как импульс -ный протяженный однородный источник света с малым временем нарастания.
Увеличение области приложений свойств волны ионизации вызвало в последние годы появление новых экспериментальных и теоретических работ, посвященных исследованию волнового пробоя. Несмотря на это, хотя некоторые его свойства получили физическое объяснение, все же уровень понимания сопровождающих его явлений остается недостаточным.
Согласно современным представлениям, в самых общих ело -вах, движущийся фронт ионизации можно охарактеризовать как двумерную нелинейную волну электрического поля, образованную объемными и поверхностными зарядами. В ней "автоматически" обеспечивается ионизация газа, необходимая для протекания тока и продвижения фронта вперед. При этом в последних теориях на -шло подтверждение ранее существовавшее представление о существенной роли, которую играет радиальная составляющая поля и протекание электронного тока в поперечном к скорости фронта на -правлении. Поэтому достаточно сильное для замагничивания электронов продольное магнитное поле, уменьшающее их поперечную подвижность, должно влиять на фронт. Исследование этого явле -ния, впервые проделанное в настоящей работе, и составляло од -ну из основных ее целей.
Изучался пробой, при котором волна ионизации распространяется со сравнительно небольшими скоростями ~ Ю4 + Ю^см/с. Скорость нарастания напряжения на поджигающем электроде меня -лась в широких пределах, перекрывающих диапазон между Ю4 +
- 6 -
* І О5 В/с, іде движение фронта управлялось параметрами питаю-щего генератора, и 10 В/с, когда характеристики волны пере -стают зависеть от быстроты изменения подаваемого потенциала.
Пробой вызывался различными способами подачи напряжения на электрод - периодическим, при котором плазма между последовательными процессами пробоя не успевает деионизоваться, и одиночным, когда волна ионизации распространяется ш неионизо-ванному газу. Это дает возможность оценить роль предварительной ионизации в разрядном промежутке.
В настоящей работе обобщены результаты проделанных при различных разрядных условиях исследований периодического и одиночного процессов развития разряда в длинной трубке, сопровождающегося расцространением "медленных" волн ионизации, в широком диапазоне изменения скорости нарастания напряжения, подаваемого на электрод, и влияния на него продольного магнитного поля.
На защиту выносятся :
1. Экспериментальная установка для исследования перио -дического и одиночного процессов пробоя цри наличии магнитного поля и методика измерений его основных характеристик.
2. Экспериментальные данные о характеристиках периоди -ческого и одиночного пробоя цри изменении разрядных условий -- рода и давления газа, величины и частоты подаваемого напряжения;
3. Результаты исследований влияния продольного магнитного поля на характеристики волны ионизации и протяженность ее переднего фронта.
4. Физическая интерпретация полученных экспериментальных результатов в рамках теоретической модели двумерных ионизующих волн.
- 7 -
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:
1. Экспериментально исследована область перехода от режима, в котором движение фронта управляется скоростью роста потенциала запускающего электрода к режиму, где основные ха -рактеристики волны не зависят от параметров генератора.
2. Проведено сравнение волны ионизации, распространяю -дайся, цри прочих равных условиях, по предварительно ионизо -ванному разрядному промежутку и по неионизованноыу газу, из которого видна существенная роль начальной концентрации заряженных частиц.
3. Впервые проведены исследования влияния продольного магнитного ноля на волну ионизации, показавшие, что скорость ее фронта не зависит от магнитной индукции В , а заряд, прихо — дящий в импульсе на единицу длины стенки, заметно увеличивается с ростом В .
4. Исследована протяженность переднего фронта волны ионизации. В отсутствии магнитного поля протяженность фронта волны, распространяющейся по неионизованному газу, составляет величину, не превышающую I + 1,5 диаметров трубки, а цри наличии Предварительной ионизации ее значения в несколько раз выше;
С увеличением магнитной индукции протяженность переднего фронта растет.
Полученные результаты находят качественное объяснение согласно современной теории волны ионизации, распространяющейся в длинной экранированной трубке.
Диссертация состоит из пяти глав. Изложению оригинального материала предшествует краткий обзор литературы (первая глава) , в которой освещается состояние исследований волнового цробоя длинных разрядных промежутков к моменту начала данной
- 8 -
работы.
Во второй главе диссертации приводятся описание экспериментальной установки и методики исследований. Представлены подробные схема и описание оригинального устройства, выделяю -щего из серии периодических сигналов, вырабатываемых генератором, одиночный ишульс с сохранением формы, длительности и амплитуды соответствуадего периодического.
Третья глава посвящена экспериментальным результатам, полученным при периодическом и одиночном процессах развития разряда в отсутствии магнитного поля. Отдельно приводятся данные для двух различных газов - гелия и аргона. Показан переход к режиму насыщения, наступающему при определенных значениях скорости нарастания напряжения на поджигающем электроде. Послед -ний параграф главы содержит данные о характеристиках волны, распространяющейся по неионизованноыу газу. Проведено сранне -ние полученных при этом результатов с характеристиками перио -дического пробоя, возникающего цри аналогичных условиях.
Результаты экспериментального исследования влияния про -дольного магнитного поля на волну ионизации цри периодическом И ОДИНОЧНОМ пробоях изложены в четвертой главе. Отдельный па -раграф посвящен структуре переднего фронта волны ионизации и влиянию на нее магнитного поля.
В пятой главе приводятся современные теоретические представления о волнах ионизации, распространяющихся цри цробое и обсуждение полученных экспериментальных результатов на основе теоретической модели ионизующих волн.
В заключении кратко сформулированы основные научные ре -зультаты, полученные в настоящей работе.
Материалы диссертации докладывались на П Республиканской научной конференции аспирантов вузов Азербайджана (Баку, 1979),
- Київ+380960830922