Динамика формирования объемного разряда и оптическое излучение приэлектродной плазмы в режиме распыления материала электродов

• Автор: Рагимханов, Гаджимирза Балагланович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ОБЪЕМНЫЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

§1.1. Формирование однородных объемных разрядов

§ 1.2. Кинетические процессы и спектральное излучение импульсных объемных разрядов

§ 1.3. Однородность и устойчивость импульсных объемных разрядов

ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРЯДА

§2.1. Генератор высоковольтных импульсов напряжения

§ 2.2. Регистрация электрических и спектральных характеристик разряда

§ 2.3. Регистрация пространственно - временной картины свечения промежутка

§2.4. Моделирование импульсного разряда в гелии атмосферного давления

2.4.1. Кинетическая модель плазмы импульсного разряда в гелии

2.4.2. Численная модель формирования катодного слоя
2.4.3. Моделирование плазмы объемного разряда в парогазовой смеси гелия
ГЛАВА III РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОБЪЕМНОГО ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА В ГЕЛИИ
§3.1. Анализ пространственно-временных картин развития разряда
§ 3.2. Формирования однородного плазменного столба

§ 3.3. Механизм формирования катодного слоя
§ 3.4. Характерные параметры, энерговклад и устойчивость 86 прикатодной области объемного разряда § 3.5. Образование и функционирование катодного пятна, и 92 расчет параметров взрывоэмиссионных центров ГЛАВА IV ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКЕРИСТИКИ
ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА
§4.1. Электротехнические характеристики объемного разряда 100 § 4.2. Кинетика формирования заряженных и возбужденных
частиц в плазме
§4.3. Кинетика релаксации плазмы объемного разряда в гелии 120 ГЛАВА V. ПРИЭЛЕКТРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПАРОГАЗОВОЙ
СМЕСИ ГЕЛИЯ
§5.1. Спектр излучения паров металла и кинетика ее
формирования
§ 5.2. Динамика формирования и развития неустойчивости ОР 139 § 5.3. Особенности прорастания искрового канала
§ 5.4. Влияние паров материала вещества электродов на
однородность, устойчивость и кинетику процессов в объемном разряде
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Процессы, протекающие в газах при наличии электрических полей, давно привлекают внимание исследователей.
В 1965 году Г.А. Месяц, исследовав коммутацию перенапряженных газовых промежутков высокого давления с предварительным воздействием на них УФ - излучением внешнего источника, обнаружил, что в течении некоторого времени вплоть до образования канала разряд занимает весь промежуток, и плотность тока в нем достаточно высока [1]. В дальнейшем эта фаза разряда была выделена в безыскровом виде и названа объемным разрядом.
Высокая интенсивность исследований объемного разряда на сегодняшний день обусловлена тем, что неравновесная низкотемпературная плазма объемного разряда (ОР) широко используется в различных технических устройствах, в частности в газовых лазерах и источниками оптического излучения. Кроме того, объемный разряд начинает находить все более широкое применение для создания плазмохимических реакторов, а также для инициирования и поддержания различных процессов на поверхности твердых тел.
Прогресс в указанных областях в существенной степени зависит от знания физических свойств объемного разряда.
В области создания импульсных лазеров, возбуждаемых самостоятельным объемным разрядом с УФ предыонизацией, важнейшей задачей является формирование и поддержание устойчивого горения ОР, не переходящего в искровой в широком диапазоне длительностей горения и плотностей тока [2]. Несмотря на то, что исследования в этой области ведутся несколько десятилетий, проблема формирования и поддержания устойчивости разряда по-прежнему является основным препятствием при разработке новых высокоэффективных устройств сильноточной электроники. В связи с этим исследование механизма формирования ОР и возможных причин, приводящих к
механизмов развитая шнуров остается нерешенным [53]. Теоретические объяснения шнуровой неустойчивости сталкиваются прежде всего с сильной пространственной неоднородностью плазмы и требуют привлечения двух-, трехмерных моделей, учитывающих реальную геометрию разряда. В настоящее время осуществление подобных численных исследований возможно лишь с использованием упрощенных кинетических моделей [45]. Однородные модели с подробным описанием колебательной и зарядовой кинетики нашли применение для исследования объемного контрагирования в молекулярных газах [53]
Механизм шнурования разряда, в основе которого лежит химикоионизационная неустойчивость, где основную роль играют реакции ассоциативной ионизации, был предложен в [35,54].
На важность процессов в прикатодном слое обращено внимание также в [55]. Авторы отмечают, что фактором, вызывающим развитие искрового канала, является появление дуговых катодных пятен.
Во-вторых, в объемном разряде при повышении давления напряженность поля вблизи катода возрастала и могла достигать критических значений порядка 1 МВ/см, при которых инициировался процесс взрывной эмиссии в вакууме. В таком случае и образование катодного пятна в газе также обусловлено неустойчивостью, которая названа катодной [56].
Фактически развитие неустойчивости означает переход от катодного слоя с равномерной эмиссией к слою, в котором эмиссия электронов с отдельного участка обеспечивает ток в столбе на площади, значительно превышающей площадь эмитирующей поверхности острия. В процессе такого перехода между столбом и острием образуется сгусток плазмы высокой концентрации, ионный ток из которого достаточен для компенсации тока автоэмиссии. Автоэмиссионный и ионный токи нагревают острие, в результате чего происходит его взрыв и образование катодного пятна.