Динамика и структура волн ионизации в наносекундном диапазоне при высоких перенапряжениях в различных конфигурациях разрядного промежутка

• Автор: Нуднова, Мария Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

1 Обзор литературы

1.1 Стримерный разряд

1.1.1 Экспериментальные методы

1.1.2 Пространственно-временные и электродинамические характеристики

1.1.3 Измерение поля и динамики наработки активных частиц

1.1.4 Численное моделирование стримерного разряда

1.1.5 Процессы фотоионизации, ионизации электронным ударом и начальная

нредионизация промежутка

1.1.6 Ветвление стримерной вспышки
1.2 Импульсный барьерный разряд, скользящий по поверхности
1.2.1 Экспериментальное исследование скользящего разряда
1.2.2 Измерение температуры
1.3 Состояние проблемы и актуальные задачи
2 Постановка задачи и структура работы
2.1 Цели работы и основные результаты
3 Исследование стримерного разряда
3.1 Экспериментальное оборудование
3.1.1 Разрядная секция
3.1.2 Параметры высоковольтного импульса
3.1.3 Электродинамические характеристики
3.1.4 Пространственно-временные характеристики
3.1.5 Спектр излучения стримерного разряда
3.2 Экспериментальные результаты
3.2.1 Ветвление стримерной вспышки
3.2.2 Распространение разряда, инициированного длинным импульсом с
наносекундным фронтом
3.2.3 Измерение скорости распространения стримера
3.2.4 Электро-динамические характеристики вспышки
3.2.5 Излучательнып и электродинамический радиус
3.2.6 Методика измерения электродинамического диаметра канала
3.3 Сравнение с прямым численным моделированием
3.3.1 Диффу'зионно-дрейфовая модель распространения стримерного разряда
3.3.2 Электродинамические характеристики
3.3.3 Скорость распространения стримера
3.3.4 Излучательный и электродинамический радиусы канала стримера
3.3.5 Возбуждение излучающих состояний
ОГЛАВЛЕНИЕ
3.4 Роль процессов фотоионизации, ионизации электронным ударом. Концентрация затравочных электронов
3.4.1 Фотоионизация газа
3.4.2 Ионизация электронным ударом
3.5 Основные результаты исследования стримерного разряда
4 Импульсный барьерный разряд, скользящий но поверхности
4.1 Инициирование скользящего разряда. Измерение электродинамических характеристик
4.1.1 Инициирование скользящего разряда
4.1.2 Высоковольтный импульс. Контроль параметров
4.2 Измерение пространственно-временных характеристик скользящего разряда
4.3 Восстановление структуры разряда по динамике излучения на выделенных переходах
4.4 Спектроскопические методики измерения
4.4.1 Восстановление напряженности электрического поля в разряде
4.4.2 Измерение температуры по вращательному спектру излучения
4.4.3 Измерение концентрации озона
4.5 Экспериментальные результаты
4.5.1 Энерговклад
4.5.2 Электрическое поле
4.5.3 Структура излучения разряда
4.5.4 Толщина излучающего слоя в случае 7-нс импульса
4.5.5 Эффективный объём энерговыделения
4.5.6 Получение температуры из спектров излучения
4.5.7 Измерение временной динамики роста температуры
4.5.8 Сравнение с другими результатами измерения доли быстро-
термализующейся энергии
4.5.9 Концентрация озона
4.5.10 Численное моделирование наработки озона
4.5.11 Распределение энергии разряда в различные процессы
4.5.12 Сравнение экспериментальных и теоретических результатов наработки озона
4.6 Основные результаты исследования наносекундных скользящих разрядов
5 Выводы
Библиография

Список иллюстраций
1.1 Электронная лапина в N2 при давлении 150 Topp [4]
1.2 Динамика развития лавинно-сгримерного перехода в N2 при давлении 378 Topp [4]
3.1 Схема промежутка игла-плоскость
3.2 Профиль напряжения на промежутке 1) генератор ПАКМ, 2) генератор,
основанный на тиратроне
3.3 Схема высоковольтного генератора, основанного на водородонаполненном тиратроне
3.4 Схема синхронизации экспериментальной установки
3.5 Спектр стримерного разряда в воздухе [18]
3.6 Фотографии стримерной вспышки в интегральном режиме. Р = 740, 500, 400 Topp
3.7 Фотографии стримерной вспышки в интегральном режиме.
Р = 620, 500, 470 Topp, d = 30 мм
3.8 Фотографии стримерной вспышки в интегральном режиме.
Р = 440, 410, 350 Topp, d = 30 мм
3.9 Фотографии стримерной вспышки в интегральном режиме. Р = 200, 140, 90 Topp.
d — 50 мм
3.10 Фотографии стримерной вспышки в окружающем воздухе. Р = 740, 710, 650 Topp,
d — 30 мм
3.11 Фотографии стримерной вспышки в окружающем воздухе. Р = 560, 530, 500 Topp.
d = 30 мм
3.12 Фотографии стримерной вспышки в окружающем воздухе. Р = 440, 410, 395 Topp.
d = 50 мм
3.13 Зависимость длины ветвления для катодонаправленного стримера от напряжения для давления 600, 740, 1000 Topp в нормальных и логарифмических координатах.
d = 30 мм
3.14 Зависимость длины ветвления для катодонаправленного стримера от напряжения
для давления 600, 740, 1000 Topp, d = 30 мм
3.15 Схема синхронизации запуска усилителя ПЗС камеры для исследования распространения стримера, инициированного длинным импульсом с наносекундным фронтом
3.16 1) - интегральное фото стримерного разряда, параметры: Р = 460 Topp, U = 38 кВ, промежуток игла - плоскость d =30 мм, выдержка 400 не; 2-10 фото с выдержкой около 300 пс в различные моменты высоковольтного импульса
3.17 Фотографии стримерной вспышки при работе камеры в периодическом режиме при давлениях Р — 740, 500, 400 Topp. d= 30 мм
3.2.0 Экспериментальные результаты

А, НМ
Рис. 3.5: Спектр стримерного разряда в воздухе [18].
переход N2(C'3nu —> В3Пд) [19]). Один из самых ярких переходов 0 —> 0 переход, с максимумом излучения на длине волны 337,1 нм, обрезается диапазоном чувствительности объектива и, таким образом, основное излучение, регистрируемое камерой, дают полосы:
353,6 нм переход (1 - 2), 364,1 нм (0 - 1), 375,5 нм (1 - 3), 385,7 нм (4 - 7).
3.2 Экспериментальные результаты
Измерения проводились для двух разрядных промежутков в геометрии плоскость -плоскость: 30 мм (22 мм от острия иголки до плоского электрода) и 50 мм (42 мм от острия иголки). При 30 миллиметровом зазоре давление в камере варьировалось от 740 до 320 Topp с шагом в 30 Topp. При последующем уменьшении давления шло развитие искрового разряда. Для того, чтобы перейти к более низким давлениям, разрядный промежуток был увеличен до 50 миллиметров. В таком зазоре стримерная вспышка образовывалась в диапазоне давлений от 410 до 80 Topp, при давлении ниже 80 Topp также происходил переход в искровой разряд. В геометрии плоскость - плоскость инициирование стримера происходило коротким наносекундным импульсом (22 не на полувысоте).
При работе в геометрии игла - плоскость длина разрядного промежутка составляла 30 и 40 мм. В этой геометрии стример инициировался 400 не высоковольтным импульсом.
3.2.1 Ветвление стримерной вспышки
Исследованный диапазон давлений можно разделить на три части: при высоких давлениях разряд представляет собой только ветвящуюся стримерную вспышку, причем с уменьшением давления количество ветвлений на единицу длины стримера уменьшается; далее следует диапазон давлений, в котором можно наблюдать как ветвящуюся структуру, так и одиночный стримерный канал; при более низких давлениях регистрируется только одиночный стримерный канал.
На Рис. 3.6-3.9 приведены фотографии стримерной вспышки, полученные при 30 миллиметровом зазоре в синтетическом воздухе.