Исследование импульсного объемного разряда в плотных газах

• Автор: Суворов, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 206 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ФИЗИКА ИМПУЛЬСНОГО ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА

1Л Элементарные процессы в плазме газового разряда

1Л Л Дрейф и диффузия заряженных частиц в плазме разряда

1Л .2 Функция распределения электронов по энергиям

1Л.З Ионизация и возбуждение частиц газа. Убегание электронов

1.1.4 Электрон-ионная рекомбинация

1.2 Эмиссия электронов с катода

1.2.1 Ион-электронная эмиссия

1.2.2 Фотоэлектронная эмиссия

1.2.3 Эмиссия под действием возбужденных атомов и молекул газа. Автоэлектронная эмиссия
1.2.4 Сравнительный анализ различных видов вторичной эмиссии и оценка их влияния на процесс формирования разряда
1.3 Основные параметры разряда. Типы импульсных разрядов
1.3.1 Напряжение пробоя. Степень перенапряжения
1.3.2 Типы самостоятельных разрядов. Таунсендовский разряд. Закон Пашена
1.3.3 Стримерный разряд
1.3.4 Многолавинный импульсный (объемный) разряд
1.3.5 Теоретическое описание формирования однородного плазменного столба. Критерии зажигания объемного разряда
1.3.6 Системы формирования объемного разряда
1.4 Численное моделирование импульсных газовых разрядов
1.4.1 Основные подходы к моделированию газового разряда
1.4.2 Гидродинамическое приближение
1.4.3 Модели класса рагйс1е-т-се11
1.4.4 Численное моделирование объемного разряда
1.5 Выводы, постановка задачи

ГЛАВА 2 САМОСОГЛАСОВАННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА
2.1 Физико-математическая основа модели
2.1.1 Гидродинамическое приближение
2.1.2 Граничные условия
2.1.3 Расчет динамики электрических процессов во внешней цепи
2.1.4 Проблема устойчивости модели при расчете внешней цепи и динамики электрического поля в промежутке
2.1.5 Использование уравнения сохранения полного тока для согласованного расчета динамики процессов во внешней цепи и в промежутке
2.2 Численная модель формирования разряда
2.2.1 Расчетная сетка
2.2.2 Численный расчет электродинамики цепи совместно с процессами в газоразрядном промежутке
2.2.3 Расчетная схема образования и перемещения частиц в разрядном промежутке
2.2.4 Численный расчет возбуждения и высвечивания частиц газа
2.2.5 Расчет вторичных процессов на катоде
2.2.6 Последовательность операций численного расчета
2.3 Основные результаты
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ РАЗРЯДА
3.1 Исходные параметры моделирования
3.2 Пространственные и временные характеристики разряда
3.2.1 Процессы на фронте импульса возбуждения
3.2.2 Пробой, формирование объемного разряда
3.2.3 Вторичные процессы на катоде. Динамика напряженности поля у поверхности катода
3.2.4 Электрические процессы в контуре накачки
3.3 Влияние различных параметров системы возбуждения на характеристики разряда
3.3.1 Влияние скорости нарастания напряжения на электродах и величины обострительной емкости на характеристики разряда
3.3.2 Влияние индуктивности разрядного контура на параметры разряда
3.3.3 Влияние площади электродов на характеристики разряда
3.3.4 Влияние начальной концентрации электронов на характеристики разряда
3.3.5 Влияние состава газовой смеси Н2:Не на характеристики
разряда
3.3.6 Влияние давления и межэлектродного расстояния на характеристики разряда
3.3.7 Влияние параметров контура возбуждения на характеристики разряда
3.4 Основные выводы
ГЛАВА 4 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ НАКАЧКИ АЗОТНОГО ЛАЗЕРА
4.1 Влияние крутизны фронта импульса напряжения и обострительной емкости на характеристики лазера на молекулярном азоте. Оптимальная величина крутизны фронта
4.2 Влияние паразитной индуктивности разрядного контура на характеристики лазера на молекулярном азоте
4.3 Влияние начальной концентрации электронов на характеристики лазера на молекулярном азоте
4.4 Влияние состава газовой смеси Не:Н2 на характеристики лазера на молекулярном азоте
4.5 Влияние давления и межэлектродного расстояния на характеристики лазера на молекулярном азоте

раторов. Критерий возникновения такого разряда определяется соотношением хсг«с!.
В этом случае важное влияние на характер развития разряда оказывают величина тока инициирующих электронов или же число инициирующих электронов, а также степень однородности их распределения по поверхности катода. При оценке влияния /д на процесс разряда удобно сравнивать среднее время между появлением двух электронов с катода е/1 о с временем развития лавины до критического размера 1СГ . Если Гст< е/10 , то можно считать, что разряд инициируется одиночными электронами, при этом 10<еа1>е/Мс сг.
При увеличении тока разряда значение вторичных процессов будет уменьшаться. Если время развития лавины до критического размера Ъг» е/1 о, то есть 10 »еаосШе сг, а ток /0 распределен по всему катоду равномерно, то из-за одновременного развития значительного числа электронных лавин достигаются большие токи еще до начала вторичных процессов. При этом удается устранить образование канала разряда при давлении газа, существенно большем атмосферного, и получить разряд во всем объеме газового промежутка. Такой многоэлектронный разряд впервые исследован в [57]. В этой работе исследована коммутация перенапряженных газовых промежутков высокого давления с предварительным воздействием на них УФ-излучением внешнего источника. Обнаружено, что в течение 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. Важным моментом в понимании процесса формирования объемного разряда стало установление того факта, что начальные электроны в промежутке появляются под действием излучения вспомогательного разряда не только вблизи катода, но и во всем газовом объеме за счет фотоионизации неконтролируемых молекул примесей с низким потенциалом ионизации [1, 5]. Именно предварительная ионизация среды обеспечила при высоких перенапряжениях пространственно-однородный характер развития разряда.