Исследование процессов в сильноточном разряде высокого давления, обусловленных электродными плазменными струями

• Автор: Пинчук, Михаил Эрнестович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Сильноточные импульсные дуги высокого давления и методы их диагностики

1.1. Разряды высокого давления

1.1.1. Сильноточные дуги

1.1.2. Эрозионные электродные струи

1.1.3. Эрозия электродов

1.2. Методы диагностики

1.2.1. Электротехнические, зондовые и магнитозондовые методы. Измерение импульсных давлений

1.2.2. Спектральные методы

1.2.3. Рентгеновская диагностика
1.2.4. Скоростная фотосъемка, интерферометрия, теневые методы, измерение оптического поглощения
1.3. Выводы
1.4. Постановка задач исследования
Глава 2. Экспериментальная установка и разработанные методы диагностики
2.1. Диагностическая разрядная камера
2.2. Система энергопитания. Система контроля, управления,
измерения и регистрации
2.2.1. Источник питания
2.2.2. Система управления, контроля, измерения и регистрации
2.3. Разработанные методы оптической диагностики
2.3.1. Теневой метод
2.3.2. Скоростная фотография
2.3.3. Измерение оптического поглощения
2.3.4. Измерение яркостной температуры
2.3.5. Обработка данных экспериментов
2.4. Выводы
Глава 3. Исследование эрозионных электродных струй в разрядах в воздухе и водороде
3.1. Электротехнические измерения
3.2. Оптические измерения
3.2.1 Общая картина согласно измерениям скоростной фотосъемки и теневого метода
3.2.2. Измерение яркости ой температуры
3.2.3. Измерение оптического поглощения
3.2.4. Характер движения газа
3.3. Обсуждение результатов
3.3.1. Режимы течения электродных струй
3.3.2. Параметры приэлектродной плазмы
3.3.3. Области повышенного энерговыделения
3.3.4. Скорость плазмы и концентрация паров металла
3.3.5. Устойчивость
3.3.6 Механизм теплопередачи от разряда к газу
3.4. Выводы
Глава 4. Исследование особенностей эрозии электродов
4.1. Результаты экспериментов
4.2. Обсуждение результатов
4.3. Выводы Заключение Литература

ВВЕДЕНИЕ
Данная работа связана с исследованием мощных импульсных разрядов в газе высокой плотности с вкладываемой энергией на уровне 104 -107 Дж при амплитуде разрядного тока 104 - 106 А со скоростью его нарастания 109 — 1010 А/с.
Актуальность темы диссертации
Актуальность темы диссертации определяется усиливающимся научным интересом к физике газовых разрядов высокого и сверхвысокого давления, как составной части физики высоких плотностей энергии и экстремального состояния вещества. Исследования в области уравнения состояния вещества требуют новых надежных данных о термодинамических, оптических, электрофизических и других свойствах плотной плазмы, которые в некотором диапазоне значений в лаборатории доступны лишь в таких разрядах. В астрофизике в атмосферах звезд перенос энергии происходит подобно тому так, как в периферийных зонах газового разряда высокого давления.
С другой стороны, исследования разрядов высокого и сверхвысокого давления определяются прикладными задачами, поскольку их использование является основой для работы многочисленных устройств. Это и высокоинтенсивные источники видимого и ультрафиолетового излучения, и источники накачки мощных лазеров, и генераторы сверхзвуковых плазменных струй, и мощные генераторы плазмы. Испытание материалов на радиационную стойкость и получение высоких импульсных давлений, температурная обработка поверхностей и многое другое — все это сферы приложения мощного импульсного разряда в плотном газе.
Особый интерес представляет разряд в среде водорода высокой плотности, как наиболее перспективный, например, для применения в гиперскоростных электроразрядных ускорителях макротел с предельными параметрами, для создания моделей астрофизики.
В связи с многочисленными приложениями импульсный разряд интенсивно исследуется уже много десятилетий. Накоплен большой экспериментальный и теоретический материал. Однако, можно сказать, что круг вопросов, связанных с этими исследованиями не исчерпан и продолжает расширяться. Требуется все более

группы определяется неподвижностью анодной опорной точки дуги и быстрого перемещения катодного пятна по поверхности электрода. Для материалов второй и третьей групп опорные пятна дуги быстро перемещаются по поверхности обоих электродов, вызывая их оплавление.
В рельсотронной системе [105] при рентгеновском просвечивании по поверхности электродных рельсов обнаруживается регулярная волновая структура выбросов материала электродов. Это объясняется взаимодействием электромагнитного поля при скинированнии тока с расплавленным поверхностным слоем металла. При большей скорости нарастания тока ~10п А/с и его величине ~1 МА со скинированием тока в электроде согласно модели [106] имеет место резкий отрыв поверхностного слоя плазмы металла (~102 г/см‘3, ~106 К, средний заряд ~10) от остального слоя плазмы (~1 г/см'3, ~105 К, средний заряд ~1) в области испарения и ускорения металла электрода. При воздействии высокой плотности тока в результате джоулевого разогрева испаренный поверхностный слой металла ускоряется до скорости ~107 см/с. Максимум давления располагается в электроде на глубине диффузии магнитного поля. В [107] при исследовании коаксиальной электродной системы (амплитуда тока до 160 кА, период тока 16 мкс), с электродов наблюдалась серия выбросов плазменных сгустков со скоростями (1-6)-106 см/с в зависимости от сорта материала электрода, причем сгустки наибольшей за разряд скорости не соответствовали времени максимума тока.
1.2. Методы диагностики
Плазма импульсных сильноточных разрядов при высоких и сверхвысоких давлениях обладает уникальными параметрами. Принципиальные трудности диагностики дуг с током в десятки, сотни, тысячи килоампер при высоких и сверхвысоких давлениях прежде всего связаны с высокой плотностью плазмы. Важнейшее значение здесь имеет запертость излучения в переходной зоне дуга — окружающий газ. В таких условиях для получения информации о разряде необходимо привлекать специальные методы.