CC BY
19
УДК 537.521.7
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ПРОКАЧКИ ГАЗА НА ОБЪЕМНЫЙ РАЗРЯД
© 2005 г. М.-Р.Г. Кишов, С.А. Рамазанов
Exsperimental appropriatenesses of the influence of magnetic field and helium pumping on the stage of the short-term phase of the volume discharge which precede the contraction, are given. The possibilities of the control of the duration of the volume discharge are shown.
Известно, что в определенных случаях искрового пробоя газов наблюдается ступенчатый спад напряжения. Связывается это с формированием кратковременного объемного разряда (ОР), процессами формирования катодного пятна, переходом от таунсендов-ского типа пробоя к стримерному, протеканием плаз-мохимических реакций и т. д. [1 - 5]. Причины задержки контракции разряда еще не полностью определены, так как существуют, во-первых, многообразие возможных газоразрядных ситуаций и, во-вторых, проблемы выделения главных физико-химических процессов, ответственных за данный процесс.
Возможности формирования ОР в простейших условиях искрового разряда без специальных методик (секционированные катоды, большие степени пре-дыонизации, огромные перенапряжения и т. д.) достаточно интересны как в теоретическом, так и в практическом отношении.
В данной работе была поставлена задача изучения влияния скорости обновления состава газа и магнитного поля на длительность ОР, предшествующего контракции, продолжая исследования [2, 6], с целью выявления возможностей изучения и управления длительностями ОР.
В методическом отношении отметим, что пользовались соленоидами типа [7], а скорость прокачки определялась по расходу газа. Крутизна фронта импульса составляла величины ~ 300 В/нс , а степени предыонизации ~ 104 электронов в объеме 1 см3, которые определялись по хорошо известной методике «вытягивания» электронов при напряжениях ниже пробивного. Сетчатые электроды помещалась в кварцевой трубке, находящейся во внутренней полости соленоида.
Нами ранее [2, 6, 8] было показано, что при импульсном пробое гелия и росте перенапряжения W ~ от 30 до 100 % наблюдаются три критические области существования ступеней, соответствующих ОР: ~ 30 -35 %; ~ 50 - 55 %; ~ 70 - 80 %. В первой области возникает ступень 1(Ст. 1) (рисунок а) с амплитудой ~
(0,8 - 0,9) ип, где ип - напряжение подаваемого импульса; во второй области наблюдается пологий спад напряжения без ступени (рисунок б); в третьей области возникает ступень 2 (Ст.2) (рисунок в) с амплитудой ~ (0,3 - 0,4) ип. Данные закономерности сохранялись при изменении давления газа от 3 • 103 до 3 • 104 Па и межэлектродного расстояния от 1 до 6 см в случаях однородных и слабо однородных электрических полей.
Проанализируем качественно закономерности воздействия магнитного поля. Стабильность напряжения, относительно слабые токи на участках Ст.1 и Ст.2, а также однородное свечение всего объема в течении этих времен [9,10] позволяют искать общие подходы к анализу результатов. С этой точки зрения ясно, что при помещении такого разряда в продольное магнитное поле из-за уменьшения коэффициента поперечной 2 2
диффузии Б в (1 + ст ) раз (со - ларморова частота; т - среднее время свободного пробега электрона) возрастает скорость контракции разряда. Однако, как подробно проанализировано в [11], такой процесс не продолжается долго с ростом Н. В цилиндрически симметричной форме разряда в зависимости от условий продольное магнитное поле может оказывать как стабилизирующее, так и дестабилизирующее воздействие. В условиях, представленных на рисунке, магнитное поле, начиная от ~ 30 кЭ, оказывает дестабилизирующее воздействие на длительности ступеней и пологого спада. Отметим, что эти результаты нельзя экстраполировать на весь диапазон р± Картина на ЭОП-граммах выглядит следующим образом. В течение Ст.1 наблюдается слабое диффузное свечение всего объема, а в течение Ст. 2 - более яркое свечение [6]. Интересной особенностью здесь является такой факт: если при W и 35 % разряд завершался ярким четко отшнурованным каналом с диаметром ~ 0,2 см, то при W и 80 % разряд завершается с каналом ~1,2 см.
Таблица 1
t, мкс и, см/с t, мкс Н, кЭ
2,2 0 2,2 0
3,0 ~102 2,0 30
3,6 ~104 1,8 70
Таблица 2
t, мкс и, см/с t, мкс Н, кЭ
2,6 0 2,6 0
2,2 ~102 2,4 30
1,8 ~104 2,0 70
Таблица 3
t, мкс и, см/с t, мкс Н, кЭ
3,6 0 3,6 0
1,1 ~102 1,8 30
0,6 ~104 0,5 70
Изменение характеристик спада напряжения при импульсном пробое гелия: Р=20 кПа; (1=2 см; 1- длительность времени ступеней или пологого спада; и- скорость прокачки газа; Н- напряженность продольного магнитного поля. Характерные осциллограммы и табличные значения, их характеризующие: а - перенапряжение Ш=36 % (табл. 1); б - перенапряжение Ш=55 % (табл. 2); в - перенапряжение Ш=68 % (табл. 3)
Рассмотрим данные с прокачкой гелия (см. рисунок). С ростом скорости потока, как видно, возрастает длительность Ст.1 от ~ 2,2 до ~ 3,6 мкс, тогда как длительности Ст.2 и пологого спада уменьшаются от ~ 3,6 до ~ 0,5 мкс. Скорость прокачки газа в зависимости от условий влияет различным образом на характеристики разряда. О возможностях уменьшения скорости контракции разряда, т.е. перехода от диффузного режима в дуговой, с помощью прокачки газа известно давно, например [12]. В данном случае, как видно из рисунка, прокачка газа оказывает как стабилизирующее Ст.1, так и дестабилизирующее воздействие Ст.2. Можно предположить, что плазмохимиче-ские реакции, которые активно протекают в разрядах инертных газов, особенно в гелии [13], зависящие от плотности тока, значительно изменяют условия. Здесь прокачка газа и интенсивность плазмохимических реакций будут связаны между собой. Благоприятными условиями существования диссоциативной рекомбинации ионов Не+ являются низкие концентрации
электронов
1010 см-3,
когда концентрация
Не+>> Не+ [14]. Тогда образование устойчивых молекул Не2 в течение Ст.1 вероятнее, чем в течение Ст.2, поскольку токи на участках Ст.1 гораздо мень-
ше, чем на Ст.2. Оценки токов и соответственно концентраций пе здесь возможны по сравнению с расходами энергии конденсатора СП2 ¡2 (С - емкость, и - напряжение на его обкладках) и разряда 1П (1 -ток, и - напряжение, t - время, определяемые по осциллограммам). Эти оценки показали, что пе составляет величины ~ 1010 и 1014 см-3. О возможностях накопления молекулярных ионов Н2 отмечалось в [15]
по ходу интенсивностей линий атомарного Не и мо*
лекулярного Н2. Аналогичные результаты получены для данных условий.
Если в атомарном газе будут присутствовать молекулы и расти их концентрация, то уменьшится скорость роста первого ионизационного коэффициента из-за потерь на возбуждение вращательных и колебательных уровней молекул. Такой подход противоречит данным по Ст.1. Причина, возможно заключается в том, что в условиях, отличающихся от [14], необходимы другие подходы к решению вопроса об образовании молекул и молекулярных ионов.
Возможна и теоретическая интерпретация с привлечением данных, например [1, 4, 5, 11, 12] и др., но мы ограничились качественным рассмотрением ре-
в
n
e
зультатов.
Основной вывод работы заключается в том, что регулируя скорость прокачки газа и напряженность продольного магнитного поля можно управлять длительностью кратковременного объемного разряда, предшествующего контракции в случае импульсного пробоя газа.
Литература
1. Мик Д., Крегс Д. Электрический пробой в газах. М., 1960.
2. Кишов М.-Р.Г. и др. // Изв. вузов. Физика. 1983. № 9. С. 67 - 70.
3. Кишов М.-Р.Г. // ТВТ. 1988. Т. 26. № 3. С.461 - 465.
4. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М., 1982.
5. Месяц Г.А., Бычков Ю.И., Кремнев В.В. // УФН. 1972. Т. 107.
Дагестанский государственный университет_
6. КишовМ.-Р.Г. // ТВТ. 1984. Т. 22. № 3. С. 607 - 609.
7. Кишов М,-Р.Г. // Изв. вузов. Электромеханика. 1985. № 12. С.91 - 95.
8. Кишов М,-Р.Г. // Физика плазмы. 1980. Т. 16. Вып. 1. С. 105 - 107.
9. Акопджанов Н.А., Кишов М.-Р.Г. // Изв. вузов. Физика. 1985. № 12. С.102 - 104.
10. Станкевич Ю. Л. // ЖТФ. 1970. Т. 40. Вып. 6. С. 1471 -1478.
11. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. М., 1971.
12. ВелиховЕ.П. и др. // ЖЭТФ. 1973. Т. 65. С. 543 - 549.
13. Егоров В.С., Пастор А.А. // Спектроскопия газоразрядной плазмы. Л. Вып. 1. С. 87-91.
14. Иванов В.А., Пенкин Н.П. // ЖПС. 1984. Т. 40. Вып. 1. С. 5-33.
15. Кишов М.-Р.Г. Некоторые характеристики излучений при пробое гелия и воздуха. Опт. и спектр. 1985. Т. 59. Вып. 6. С. 1205-1210.
_30 марта 2005 г.
