|
Об устойчивости самостоятельного объемного разряда в гелии атмосферного давления Дагестанский государственный университет Научный руководитель: Курбанисмаилов Вали Сулейманович, к.ф.-м.н. C повышением прикладываемого напряжения и давления газа в разрядном промежутке происходит самопроизвольный переход объемной формы горения разряда в канальную, когда весь ток течет через один или несколько тонких высокопроводящих каналов. С одной стороны самопроизвольная контракция обусловлена различного рода неустойчивостями, внутренне присущими неравновесной плазме разряда [1], а с другой возникновением локальных неоднородностей плазмы, обусловленных конкретными условиями зажигания разряда: формой электродов, давлением газа в промежутке, неоднородностью внешней ионизации, появлением на электродах катодных и анодных пятен [2]. Литературные данные показывают, что в местах повышенной плотности тока происходит увеличение напряженности электрического поля на катоде и объемный разряд (ОР) контрагируется в искровой канал за счет развития приэлектродных процессов [3]. Трудность состоит в том, что непосредственно измерить плотность тока в пятне невозможно. Для ее определения необходимо знать две величины: ток, проходящий через единичное пятно, и площадь на катоде, через которую он протекает. Однако, в оценке, как величины тока, так и площади, через которую протекает электрический ток, имеется известная неопределенность. Разные исследователи приводят данные по плотности тока в катодном пятне, различающиеся на 2-3 порядка. Результаты исследования устойчивости самостоятельного объемного разряда в гелии атмосферного давления показывают, что приэлектродные процессы ответственны в контракции ОР в искровой канал [4]. При этом одним из важнейших параметров, который должна предсказывать любая теория, является плотность тока в катодном пятне, так как она определяет основной механизм эмиссии частиц и выделения энергии на катоде. В этой связи, целью работы является исследование влияния катодных процессов на устойчивость ОР, а также определение величины плотности тока на катод и прикатодного падения потенциала. Сложность исследования катодного слоя и прикатодного падения потенциала связано с тем, что при больших давлениях невозможно непосредственно из эксперимента измерить величину поля на катоде Ек. При повышенных давлениях это удается сделать только при определенных допущениях, когда толщина прикатодного слоя велика и режим горения соответствует тлеющему разряду. В этом смысле очень полезны законы подобия. В катодном слое тлеющего разряда отношение напряженности электрического поля к давлению Ек/р зависит только от параметра j/p2.Учитывая то, что на квазистационарной стадии горения ОР при постоянном давлении (р=1 атм) U 0 > Uг +Uк имеем, что с ростом U0 возрастает как Uк (Uг=3000 В = const - напряжение горения ОР), так и плотность тока разряда на катод [4].С другой стороны, плотность тока разряда на катод связана с катодным падением потенциала Uк законом подобия Uк=f(j /p2) [3]: j /p2=2,5Ч 10-12 Uк3, где j /p2 [A/см2Ч Тор2], Uк [В]. На рис.1 а), б) соответственно представлены зависимости отношения j/p2 от напряжения в катодном слое Uк и плотности тока разряда на катод jk от приложенного внешнего поля U0.
Рис.1 Таким образом, прикатодное падение потенциала ОР с ростом U0 увеличивается, соответственно растет плотность тока разряда на катод. В таблице 1 приведены экспериментальные результаты для времен запаздывания формирования катодного пятна в зависимости от величины внешнего поля Е 0 для алюминиевых электродов. Из данной таблицы следует, что времена запаздывания уменьшаются с ростом прикладываемого к электродам пробойного поля.Таблица 1
Закон подобия позволяет также оценить Uк для различных материалов электродов: Al - Uк ~ 5Ч 10 3 В; Cu - Uк ~ 7Ч 10 3 В; Fe - Uк ~ 10 4 В.С ростом работы выхода материала катода, катодное падение потенциала возрастает, т.е. для взрыва микроострия на катоде требуется большее падение потенциала, соответственно и поля Ек. Действительно известно, что длина установления катодного падения потенциала при атмосферном давлении меняется в пределах lк ~ 10-1-10-2 см [3]. Тогда напряженность электрического поля в катодном слое Ек меняется в пределах 105-106 В/см. Такие поля позволяют привлечь процессы термоавтоэмиссии для объяснения механизма контракции ОР. Время установления слоя прикатодного падения потенциала определяется временем дрейфа электронов на длине lк и для случая Uк< < U0 имеет вид tк = lк/v, где скорость v = 7,62. 105 Е/р [см/c].Считая lк ~ 10-2 см [3], а скорость дрейфа при рассматриваемых полях, изменяющейся в пределах v~ 106-107 см/с, получим для tk > 10-8-10-9 с. Полученные результаты для tк удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными по временам запаздывания катодных пятен, представленным в таблице 1.Литература [1]. Месяц Г.А., Королев Ю.Д., УФН, 148, 101-122 (1986).[2]. Велихов Е.П., Письменный В.Д., Рахимов А.Т. , УФН, 122, 419-447, (1977).[3]. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов.- М.: Наука, 1991. 224 с. [4]. Курбанисмаилов В.С., Омаров О.А., ТВТ, 33, 346-350, (1995). |
| (c) АСФ России, 2001 |