Системы импульсного электропитания и возбуждение на их основе диффузного разряда

• Автор: Лай Гуйю
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

1. Параметры, схемы построения импульсно-периодчнческих генераторов н экспериментальный стенд для исследования диффузных разрядов
1.1. Параметры системы импульсного электропитания
1.2. Анализ схем построения импульсно-периодических генераторов
для возбуждения диффузных разрядов
1.3. Экспериментальный стенд для исследования импульснопериодических диффузных разрядов
2. Комбинированная система импульсного электропитания и возбуждение на ее основе диффузных разрядов
2.1. Устройство и параметры импульсно-периодического генератора с трансформаторной схемой формирования наносекундных
импульсов
2.2. Моделирование процессов в газоразрядной камере для
цепи комбинированного электропитания разряда
2.3. Экспериментальные исследования характеристик
диффузных разрядов
3. Импульсно-периодические генераторы на основе наносекундных формирователей
3.1. Структура и параметры импульсно-периодических генераторов
с наносекундными формирователями
3.2. Моделирование процессов в электрических цепях и газоразрядной
камере
3.3. Импульсное зарядное устройство
3.4. Конструкция и экспериментальные параметры наносекундных
формирователей
4. Возбуждение импульсно-периодических диффузных разрядов с генераторами на основе наносекундных формирователей
4.1. Возбуждение импульсно-периодического диффузного разряда
с использованием формирователя импульсов ФИ
4.2. Возбуждение импульсно-периодического диффузного разряда
с использованием формирователя импульсов ФИ-120П
4.3. Возбуждение импульсно-периодического диффузного разряда
с использованием формирователя импульсов ФИ
4.4. Исследование пространственной структуры импульснопериодического диффузного разряда
Заключение
Литература

В научных исследованиях, новейших технологиях, практической медицине находят широкое применение устройства мощной импульсной электрофизики, что связано, в частности, с их способностью генерировать рекордные значения импульсной мощности [1-18]. Одним из таких применений является использование импульсной газоразрядной плазмы для целей стерилизации медицинского и иного инструментария, а также обеззараживания загрязненной среды.
В отличие от традиционно используемых способов стерилизации газоразрядные методы, связанные с генерацией и воздействием на загрязненные и зараженные объекты низкотемпературной плазмы, обладают рядом принципиальных преимуществ. Здесь следует отметить низкие температуры стерилизации, что дает возможность стерилизовать термочувствительные материалы. Плазма разряда содержит широкий спектр агентов стерилизации: заряженные частицы, высоковозбужденные нейтралы, активные продукты плазмохимических реакций, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, что позволяет проводить стерилизацию эффективно и за малые времена порядка нескольких минут. В отличие от стерилизующих устройств на основе ускорителей заряженных частиц [1,2,19,20] плазменные стерилизационные установки не требуют специальных помещений и специально подготовленного персонала. Их отличает экологическая безопасность и малая стоимость.
В настоящее время ведутся активные работы по исследованию возможностей использования для практических целей различных способов генерации стерилизующей газоразрядной плазмы (тлеющий разряд, корона, диэлектрический барьерный разряд, высокоскоростные плазменные струи, индукционные плазменные разряды) [21-36], среди которых можно особо выделить тлеющий разряд атмосферного давления [37-43], характеризующийся широким спектром активных агентов стерилизации. В то же время, необходимо отметить ряд существенных недостатков, которые ограничивают возможности широкого распространения подобных установок. Так, в частности, коронные и диэлектриче-

ские барьерные разряды обладают сравнительно малой эффективностью наработки агентов стерилизации, что приводит к необходимости значительного увеличения длительности процесса обработки. В установках, использующих в качестве активной среды тлеющие разряды пониженного давления (10'2-10'3 Topp), требуется применение специального вакуумного оборудования, что усложняет и увеличивает стоимость стерилизационной установки, а также повышает техническую сложность применения стерилизующих устройств, в том числе и при обработке влажных материалов и инструментов.
Тлеющий разряд при атмосферном давлении газовой среды возбуждается в коротких разрядных промежутках (не более 1-2 см), что не позволяет размещать непосредственно в них реальные стерилизуемые объекты. Необходимость увеличения объема рабочих камер установок вынуждает использовать для стерилизации только долгоживущие продукты разряда, которые выносятся из ме-жэлектродного зазора малого объема потоком транспортирующего газа. В этом случае снижается эффективность стерилизации, так как используется малая часть агентов стерилизации (главным образом продукты плазмохимических реакций).
В последние годы в МИФИ и ВНИИЭФ ведутся работы по использованию в качестве источника стерилизации низкотемпературной плазмы диффузного разряда, возбуждаемого в резконеоднородных полях при давлениях от десятков Topp и вплоть до атмосферного [44-50]. При этом, резконеоднородное распределение поля позволяет увеличить межэлектродный зазор и, следовательно, рабочий объем стерилизационных камер. Помимо этого, импульснопериодический характер разряда (при длительности импульсов десятки наносекунд - единицы микросекунд) обеспечивает режим разряда, характеризуемый диффузным свечением и генерацией высокоэнергетичных (убегающих) электронов. Последнее обстоятельство способствует генерации мягкого рентгеновского излучения (единицы-десятки кэВ), резко повышающего эффективность стерилизации. Подобный импульсно-периодический диффузный разряд использовался для ионизации больших объемов (десятки литров) рабочей сре-

200-,

Давление, Topp

Давление, Topp
1000

Давление, Topp

Рис.22. Зависимости амплитуды разрядного тока, энерговложения в разряд и сопротивления разряда от давления:
■ - без диэлектрического барьера; ♦ - с диэлектрическим барьером.
В процессе проведения экспериментов было обнаружено, что структура
диффузного разряда изменяется при введении в межэлектродный промежуток различных предметов, например, чашек Петри со стерилизуемыми тест-образцами. В последнем случае разряд локализуется в области расположения чашки Петри, и диффузные каналы разряда «привязываются» к ее кромкам. Однородность разряда восстанавливается, если в межэлектродный зазор вво-