Экспериментальное исследование кинетики электронов и элементарных процессов в плазме в аргон-азотных смесях и в воздухе

• Автор: Мещанов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05, 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава 1. Экспериментальные установки и методы исследований

1.1 Установка для исследований плазмы тлеющего разряда и послесвечения

1.1.1 Разрядная трубка, вакуумная система, формирователи разрядных импульсов

1.1.2 Система регистрации оптического сигнала

1.1.3 Зондовая схема измерения функции распределения электронов по энергиям ФРЭЭ в послесвечении.

1.1.4 Схема измерения поля.

1.2 Установка для диагностики окислов азота в плазме воздуха методом лазерной

абсорбции

1.3 Методики, используемые при проведении измерений

1.3.1 Методика определения колебательной температуры основного состояния молекулы азота.
1.3.2 Методика определения концентрации метастабильных атомов методом поглощения.
1.3.3 Методика измерения функции распределения электронов
1.3.4 Методика измерения напряженности электрического поля в разряде и концентрации электронов в разряде и в послесвечении
1.4 Выводы.
Глава 2. Электронная кинетика и взаимосвязь электронной и колебательной
температур в распадающейся плазме в смеси аргоназот и в азоте.
2.1 Введение.
2.2 Обзор литературы.
2.3 Исследование послесвечения разряда в смеси аргоназот
2.3.1 Экспериментальные результаты.
2.3.2 Обсуждение результатов.
2.3.3 О механизме возбуждения состояния ЫгВ2ЕиЭ в плазме в смеси АгЫг
2.4 Исследование послесвечения разряда в азоте.
2.4.1 Экспериментальные результаты.
2.4.2 Обсуждение результатов.
2.5 Выводы.
Глава 3. Обнаружение и исследование эффекта темной фазы развития
положительного столба тлеющего разряда в аргоне и в смесях аргона с азотом.
3.1 Введение.
3.2 Обзор литературы.
3.3 Исследование разряда в аргоне
3.3.1 Экспериментальные результаты.
3.3.2 Обсуждение результатов измерений.
3.4 Исследование разряда в смесях Аг.
3.5 Выводы.
Г лава 4. Диагностика и исследование механизмов образования окислов азота
0 и в газоразрядной воздушной плазме низкого давления
4.1 Введение.
4.2 Обзор литературы.
4.3 Экспериментальные результаты.
4.4 Анализ результатов измерений.
4.4.1 Общий подход к моделированию.
4.4.2 Кинетика 0.
4.4.3 Кинетика
4.5 Обсуждение полученных результатов
4.6 Выводы.
Заключение.
Литература


Для исследований, результаты которых приведены в главе 2, использовалась газовая смесь Ar+1%N2 и чистый азот. Измерения проводились при давлении исследуемого газа 0. Topp. Разрядная трубка питалась от одного высоковольтного выпрямителя через балластное сопротивление R2 (рис. Величина балластного сопротивления варьировалась в пределах от 1 кОм до кОм. Ток в импульсе менялся от 0. А до 1. А. Частота следования разрядных импульсов была 0. Гц, их длительность - мкс. Для получения временных зависимостей исследуемых параметров плазмы применялся импульсный разряд. Для его формирования использовался электронный ключ, включаемый либо параллельно разряду', как на рис. Управляющий импульс с генератора Г5- поступал на первичную обмотку' импульсного трансформатора Тр1. Импульсы с вторичных обмоток открывали транзисторы Т1. Т4 и минус высоковольтного выпрямителя присоединялся к катоду разрядной трубки. Данная схема способна коммутировать напряжения до 2 кВ. Рис. Системы коммутации разряда, регистрации оптического сигнала и измерения ФРЭ. ФЭУ, 3 - формирователь импульсов, 4 -многоканальный счетчик, 5 - компьютер, 6 - зондовый блок, 7 - цифровой осциллограф, 8, , - генератор импульсов Г5-, 9 - генератор импульсов Г5-, - схема измерения поля, - газоразрядная лампа, - блок питания газоразрядной лампы, - электронный ключ, - схема формирования второго импульса, , - высоковольтные блоки питания. Рис. Схема коммутации разряда. Тр1 - импульсный трансформатор, Т1 . Т4 - КТ8А, Я1. Я4 - Ом, Я5. Я8 - 0 кОм. В главе 3 представлены результаты исследований плазмы разрядного импульса, проведенных в чистом аргоне и в смесях Ar+0. N2 и Ar+1%N2. Эксперименты проводились при давлении исследуемой смеси 1 и 5 Topp. В разрядной трубке зажигался импульсный разряд с периодом следования от 8. Разрядная трубка питалась от двух высоковольтных выпрямителей и через балластное сопротивление R2 (рис. Величина балластного сопротивления варьировалось в пределах от 0. МОм до 4. МОм. Ток в импульсе менялся от 0. А до 8 мА. Сигназ, снимаемый с измерительного резистора R1 = Ом, подавался на цифровой осциллограф 7 для определения величины и контроля формы импульса тока. Первоначально для формирования разрядного импульса в исследованиях, результаты которых представлены в главе 3, применялась ламповая схема шунтирования разряда, описанная в [6]. Эксперименты показали, что исследуемый эффект ‘^темной фазы” в аргоне наблюдается только в режиме малых токов (менее 2 мА) в импульсе. Использование ламповой схемы при таких малых токах затруднительно в силу особенностей её реализации. А именно, катод разрядной трубки должен быть заземлен. В этом случае, напряженность электрического поля, измеренная методом зондов, оказывается сильно искаженной (см. Невозможным оказалось использовать и транзисторную схему, описанную выше, гак как, во-первых, данная схема не способна формировать импульсы более 1-2 мс вследствие наличия импульсного трансформатора, а для уверенного обнаружения “темной фазы” необходимы длительности импульса 8- мс. Во-вторых, в закрытом состоянии схемы величина обратного тока сравнима со значением разрядного тока (из-за наличия балансировочных резисторов R5. R8). Для исследования эффекта ‘Темной фазы” была совместно с В. А. Ивановым разработана схема формирования разрядного импульса, свободная от вышеперечисленных недостатков. Её принципиальная схема приведена на рис. Рассмотрим работу данной схемы. Импульс с генератора Г5- передним фронтом запускает мультивибратор, собранный на половинках микросхемы DD1. Мультивибратор вырабатывает импульсы длительностью мке и периодом следования 0 мкс. Эти импульсы через резистор R5 поступают на затвор транзистора Т, который формирует импульсы напряжения в первичной обмотке трансформатор Тр1. Образующиеся импульсы напряжения во вторичной обмотке выпрямляются диодами D1. D7 и подаются на затвор мощных высоковольтных МОП транзисторов Т8. Т, открывая их. Электронный ключ переходит в открытое состояние с малым внутренним сопротивлением, равным - 8 Ом. Транзисторы Т8.