Пространственно-временная структура возбуждения газа волной прибоя

• Автор: Ульянов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 c. : ил

Объемный наносекуццный газовый разряд нашел практическое применение при создании мощных импульсных газовых лазеров, без-индуктивных коммутаторов» импульсных источников света и плазыо-химичееких реакторов. Для такой формы разряда характерно однородное по сечению разрядного промежутка протекание тока, величина которого может превышать десятки и сотни ампер. Как правило, объемная форма реализовалась на начальной стадии развития разряда при быстром включении в разрядном промежутке электрического поля. Большинство экспериментальных исследований по изучению объемной стадии разряда были выполнены в условиях, когда межэлекгродное расстояние не превышало поперечные размеры разрядного промежутка. Это ограничивало объем рабочей среды технических устройств.
Проблему инициирования наносекундного разряда в больших объемах можно решить путем развития пробоя в длинных разрядных трубках, заполненных рабочим газом. Экспериментально было установлено, что значительное увеличение межэлестродного расстояния приводит к тому, что развитие пробоя осуществляется волновым образом.
В этом случае наблюдается перемещение по разрядному промежутку фронтов свечения и потенциала со скоростями, составляющими десятые доли скорости в света. Волна пробоя, или, как часто ее называют, ионизующая волна градиента потенциала, возникает, при резком изменении, т.е. за несколько наносекунд, потенциала одного из электродов разрядного промежутка. Распространение волны происходит от высоковольтного электрода к низковольтному.' Во фронте волны идет интенсивная ионизация газа, обеспечивающая подвод к фронту электромагнитной энергии от высоковольтного электрода по хорошо проводящему столбу плазмы.

В настоящий момент, экспериментальное изучение природы волны

пробоя и возможностей ее практического применения продолжается. Появились первые теоретические модели, объясняющие отдельные характерные особенности таких быстрых волн. Но, несмотря на прогрессивные темпы исследования волн пробоя, вопрос о характере пространственного развития волны до настоящего времени не рассматривался.
Настоящая работа посвящена исследованию пространственной динамики развития объемного наносекундного разряда при волновом пробое. Конкретные исследования были связаны с изучением пространственной формы свечения газа, возбуждаемого волной, и влияния на форму начальных условий: давления, предионизации, размеров разрядной трубки. Исследования проводились с помощью синхронизованной с волной пробоя электронно-оптической системы, работавшей в покадровом режиме регистрации с временем экспозиции отдельного кадра I •*- 2 не. Особенностью разработанной и созданной нами электронно-оптической системы являлась высокая степень синхронности работы регистрирующей камеры с исследуемым процессом. Способность системы работать в периодическом режиме позволили с ее помощью производить регистрацию излучения хорошо воспроизводимого процесса развития волнового пробоя в режиме накопления изображения. Благодаря жесткой синхронизации пробоя и электронно-оптической камеры, фиксация изображения проводилась в режиме кинорегистрации с частотой смены кадра Ю*0 кадр/с. Особенность использованной нами системы кинорегистрации состояла в том,что временной сдвиг между кадрами был меньше длительности экспозиции каждого кадра. Такой режим съемки позволял выявить временные изменения в процессе развития пробоя, характерные времена которых были меньше длительности экспозиции.
Для создания электронно-оптической системы кинорегистрации был использован газоразрядный формирователь наносекундных импульсов. Такому формирователю были присущи временная стабильность

формируемого импульса, хорошая повторяемость формы импульса при

ресурсе работы на уровне 10 включений. Такой ресурс был обусловлен однородной по объему трубки формирователя формой разряда. Временная калибровка электронно-оптической системы проводилась по разработанной нами оперативной методике с помощью высокостабильных наносекундных источников излучения. Экспериментально было показано, что газоразрядный источник излучения, в котором однородное возбуждение газа осуществлялось волной пробоя, обладает ре-

сурсом работы выше 10 срабатываний.
Практическая ценность представляемых результатов заключается как в определении пространственного возбуждения газа, в качестве которого может выступать рабочий газ импульсных лазеров либо плазмохимических реакторов, так и в создании высокостабильных источников излучения и формирователей электрических импульсов. Использование последних позволило создать синхронизованную электроннооптическую систему кинорегистрации повторяющихся процессов. Наличие высокостабильных источников излучения необходимо при калибровке фотоприемников и создании эталонных импульсных источников излучения.
Материал диссертации представлен в пяти главах.
В первой главе диссертации дан обзор литературы, посвященный развитию наносекундных разрядов и электронно-оптическим методам регистрации пространственной картины развития пробоя. Структурно глава разделена на четыре части: в первых трех частях представлен обзор существующей литературы, четвертая часть посвящена ; постановке решаемой задачи.
В первой части обзора рассмотрены условия, необходимые для создания объемных разрядов наносекувдной длительности в коротких газовых промежутках. Однородность такого разряда обеспечивается как быстрым включением сильного электрического поля, так и нали-

этом, на отдельном кадре фотопленки регистрировалось около сотни изображений процесса, соответствующих определенному моменту времени. Использование накопления изображения было связано со слабым свечением объекта на экране ЭОК и небольшой чувствительностью фотопленки. Регистрация проводилась на пленке КН-3 (90 ед. ГОСТ). Использование в данном случае малоконтрастной пленки было связано с тем, что динамический диапазон яркости изображения на экране большой, т.е. имеются как яркосветящиеся, так и слабосветящиеся области.
В качестве кинокамеры использовалась камера СКС-Ш, в которой вместо электрического скоростного мотора использовался мотор с малой скоростью вращения. Была предусмотрена однокадровая регистрация изображения. В шле зрения кинокамеры находился также и цифровой транспоравт, обеспечивающий временную привязку на регистрируемой пленке.
1.2. Разрядное устройство и газоразрядный формирователь
Разрядное устройство, в котором исследовалась волна пробоя, и газоразрядный формирователь, служивший для формирования затворного импульса, имели сходную конструкцию (см.рис. 2.4.)
[81] • Они представляли собой стеклянные трубки, на концах
которых приклеивались два плоских электрода из молибдена. У каждой трубки имелся отросток, выполненный из стеклянного капилляра, который соединял трубки с системой откачки и наполнения рабочим газом. Перед заполнением рабочим газом трубки откачивались до I Па. В качестве рабочих газов в формирователе использовался гелий. В разрядном устройстве применялись трубки с диаметром 5 см и 2 см. У формирователя затворных импульсов диаметр трубки