Оптико-спектральные исследования пылевых структур в плазме тлеющего разряда

• Автор: Подрядчиков, Сергей Федорович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Содержание

Введение

Глава 1. Описание объекта исследования

1.1 Основные понятия, связанные с изучаемым объектом

1.2 Взаимодействие пылевых частиц между собой

1.3 Обзор экспериментальных работ

Глава 2. Экспериментальная установка

2.1 Общая схема экспериментальной установки

2.2 Описание модулей установки

2.2.1 .Описание вакуумной части

2.2.2 Описание разрядной трубки
2.2.3. Описание электрической части
2.2.4. Описание модуля спектральной регистрации
2.2.5. Описание фотоэлектрической части
2.2.6. Система визуализации плазменной структуры в разряде
2.2.7. Система управления вбросом частиц
2.2.8. Описание управляющего вычислительного
комплекса и режимов его работы
2.2.8.1 Регистрация спектров
2.2.8.2 Регистрация электрических характеристик
Глава 3. Техника сбора и методы обработки данных
3.1. Подготовка прибора для проведения спектральных исследований
3.1.1 Алгоритм подготовки системы фотоэлектрического преобразования к измерению экспериментальных данных
3.2 Методики протоколирования экспериментальных данных
3.3 Методики проверки линейности
3.4. Описание программных средств сбора и обработки данных
Глава 4. Обсуждение результатов
4.1 Влияние пылевой структуры на свойства плазмы.
4.2 Изучение процесса эволюции структуры по мере увеличения 86 числа вбрасываемых частиц.
4.3 Исследование поведения структуры, изменения ее объема и формы, а также интенсивности излучения из области структуры.
4.4 Анализ на основе уравнения баланса возможных условий возбуждения спектральных линий в плазме без частиц, с частицами.
Заключение
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований.
В представленной работе проведены экспериментальные исследования влияния пылевых плазменных структур, образованных макрочастицами А120з на спектральные и электрические характеристики стратифицированного тлеющего разряда низкого давления.
Плазма с макроскопическими частицами дисперсной фазы представляет собой низкотемпературную плазму, содержащую жидкие или твердые частицы вещества малых размеров. Макрочастицы эффективно взаимодействуют с заряженными компонентами плазмы и поэтому могут влиять на свойства плазмы.
Условия существования плазмы с макрочастицами могут значительно варьироваться. Благодаря большим зарядам, которые могут приобретать макрочастицы (порядка 102 -104)е, параметр межчастичного взаимодействия Г, определяемый как отношение энергии кулоновского взаимодействия частиц к энергии их теплового движения, может намного превышать единицу, что означает возникновение сильнонеидеальной плазмы.
Теоретические расчеты равновесных свойств такой плазмы показывают, что при определенных условиях сильное межчастичное взаимодействие приводит к возникновению упорядоченной структуры в расположении макроскопических частиц, аналогичной структурам в жидкости или твердом теле.
Несмотря на то, что впервые пылевая плазма в лабораторных условиях была обнаружена Ленгмюром еще в 20-х годах нашего столетия, тем не менее, эксперименты по ее изучению активно начали проводиться лишь с 90-х годов. Широкий круг прикладных задач, таких как изучение продуктов сгорания ракетных топлив, изучение пылевых образований в атмосфере Земли и в космическом пространстве, появление пылевой плазмы при производстве полупроводниковых интегральных элементов, делает актуальными задачи всестороннего изучения феномена пылевой плазмы для осознанного управления ее свойствами и

использования. Это в полной мере относится к вопросам изучения упорядоченных структур-пылевых “кристаллов”, самоорганизующихся при определенных условиях в такой плазме. Любые возмущения конденсированной дисперсной фазы в процессе обработки полупроводникового материала могут привести к ее падению на поверхность изделия и снижению числа выхода годных элементов. Поэтому изучение свойств пылевого кристалла, механизмов его образования и роста внесет вклад не только в основы фундаментальной физики, но и имеет широкое применение в большом числе прикладных задач.
Цель диссертационной работы заключается в изучении свойств пылевого плазменного кристалла с использованием оптико-спектральных методов диагностики:
1. изучения влияния образования и роста пылевой структуры на спектральные и электрические характеристики газового разряда
2. изучения области существования пылевой плазменной структуры и влияния параметров разряда (тока, напряжения, давления) на характеристики структуры пылевого образования
3. разработке методик диагностики плазменного кристалла в процессе его формирования и роста
4. разработке программно-аппаратного автоматизированного комплекса для проведения исследований, обработки и представления результатов.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые проведены комплексные исследования пылевой плазменной структуры с использованием оптикоспектральных методов.
• Осуществлено исследование области существования пылевого плазменного кристалла в газовом разряде в широком диапазоне токов, напряжений, давлений и определены области, в которых фазовое состояние исследуемой пылевой структуры можно определить как кристаллическое, жидкое, газообразное.

сверх необходимого, откачка осуществляется путем кратковременного открывания крана (11). При достижении необходимого давления кран (26) перекрывается, открываются краны (25) и (11). Вакуумная магистраль до крана (26) откачивается, а разрядная трубка считается готовой к работе. В случае необходимости слежения за давлением в процессе эксперимента перекрывается кран (21) и открывается (11). Откачка системы идет до крана (21).
2.2.2 Описание разрядной трубки
Газоразрядная трубка, применявшаяся в экспериментальных исследованиях, представляет собой стеклянную цилиндрическую трубку с впаянными в нее электродами, установленным внутри нее контейнером с макрочастицами и стеклянным сужением, предназначенным для создания неоднородности (стратификации) положительного столба (рис 3.).
где, Ь=700 мм - длина разрядной трубки,
Ь1=220 мм - расстояние до выходного отверстия неоднородности, выполненного в виде усеченного конуса, 1.2=470 мм - расстояние от отверстия конуса до контейнера с частицами,

,15.,

1.3=50 мм - расстояние до катода, 1.4=400 мм -расстояние между электродами внешнее по отношению к трубке, (расстояние между электродами внутри разрядной трубки 490 мм).

1.5=46 мм — расстояние между электродом и стенкой разрядной камеры,
Рис. 3 Схема разрядной трубки.
Электроды: никелевые (N1), выполнены в виде цилиндров диаметром Ое]=6 мм и длиной 1.6=40 мм. В катоде присутствует титановый (Т1) геттер, выполненный в виде цилиндра с нагревательной спиралью внутри него и предназначенный для поглощения