Экспериментальное исследование электродинамических характеристик высокоскоростной волны ионизации в молекулярных газах

• Автор: Аникин, Николай Борисович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Экспериментальные методы, используемые при исследовании ВВИ
1.2 Результаты исследований ВВИ
1.3 Измерения электрического поля в импульсных разрядах
1.4 Постановка задачи
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1 Описание экспериментальной установки
2.2 Измерение электродинамических характеристик
2.2.1 Измерение тока и напряжения
2.2.2 Измерение энерговклада
2.2.3 Измерение скорости фронта волны
2.2.4 Измерение концентраций возбужденных состояний
молекулы и иона азота
2.2.5 Амплитудно-частотная характеристика емкостного датчика
2.2.6 Измерение плотности избыточного заряда
2.2.7 Определение функции чувствительности датчика
2.3 Восстановление динамики погонного заряда
2.3.1 Методики восстановления динамики погонного заряда
2.4 Восстановление напряжённости электрического поля и
концентрации электронов
2.4.1 Напряжённость электрического поля
2.4.2 Концентрация электронов за фронтом волны

3 СТАРТ И РАЗВИТИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВОЛНЫ ИОНИЗАЦИИ
3.1 Задержка старта волны пробоя отрицательной полярности. Накопление избыточного заряда вблизи катода
3.1.1 Влияние частоты повторения на развитие ВВИ
3.2 Развитие волны ионизации при различных конфигурациях высоковольтного электрода
3.3 Выводы
4 ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ВОЛНА ИОНИЗАЦИИ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ ГАЗАХ
4.1 Динамика распределения электрического поля и концентрации электронов
4.1.1 Напряженность электрического поля
4.1.2 Наработка концентрации электронов
4.2 Распределение энергии по внутренним степеням свободы
в азоте, водороде и воздухе
4.3 Выводы
5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВВИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОЛЯРНОСТИ
5.0.1 Интегральные параметры разяда
5.1 Динамика заряда, напряженности электрического поля и
концентрации электронов
5.1.1 Энерговклад в различные степени свободы газа
5.2 Сравнительный анализ напряженности электрического
поля, востановленной по динамике погонного заряда и измеренной спектральным методом
5.3 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК РИСУНКОВ
СПИСОК ТАБЛИЦ

ВВЕДЕНИЕ
Применение низкотемпературной плазмы в промышленных приложениях требует проведения детальных исследований процессов образования активных частиц и возбуждения внутренних степеней свободы газа в различных типах разрядов. На протяжении последних десятилетий был получен ряд результатов, указывающих на высокую эффективность импульсного наносекундного питания, обусловленную высокими приведенными полями в разряде, пространственной однородностью и низкой газовой температурой образующейся плазмы.
Исследования наносекундного разряда в виде высокоскоростной волны ионизации (ВВИ) позволяют утверждать, что данный тип разряда может эффективно использоваться для быстрого создания однородной сильновозбужденной плазмы. Однако до настоящего времени практически отсутствовали данные о механизмах перераспределения вложенной в ВВИ энергии. Измерение напряженности поля и концентрации электронов в сильноточных разрядах наносекундного диапазона с использованием стандартных методик сопряжено с серьезными трудностями; в работах в основном ограничивались измерениями интегральных характеристик волн ионизации (скорость, ток, интегральный энерговклад). Была показана принципиальная возможность экспериментального определения динамики напряженности электрического поля с использованием емкостного датчика.
Детальное кинетическое описание процессов в ВВИ требует знания временного и пространственного поведения электрического поля и концентрации электронов с наносекундным временным разрешением. Разработка методики экспериментального определения данных параметров позволяет провести детальный анализ энерговклада в различные внутренние степени свободы газа.
Научная новизна работы.
1. Разработана методика экспериментального определения простран-

ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
р = т = и2/го
(2.5)
Тогда энергию импульса произвольной формы можно определить как
Суммарную энергию, поглощенную нагрузкой, можно найти, вычтя из энергии падающего импульса энергию отраженного и прошедшего через разрядное устройство:
где РРпад, ТТотр, Жпрош — энергии падающего, отраженного и прошедшего импульса соответственно; 4ад, тр, тр, рош, 4рош — пределы интегрирования, отвечающие соответственно началу и концу импульса.
2.2.3 Измерение скорости фронта волны
Скорость ВВИ является наиболее часто измеряемой характеристикой разряда. Чаще всего приводимые в литературе данные относятся к средней скорости движения ВВИ по разрядной трубке. В этом случае средняя скорость вычисляется как расстояние между датчиками, деленное на разность времен появления сигнала (либо разность времен достижения какой-либо фиксированной точки сигнала: полувысоты, 0.1 амплитуды и т.д.)
Известны [19] два типа методик измерения скорости ВВИ: по световому и электрическому сигналу. Наиболее распространена методика измерения скорости с помощью емкостных датчиков. В разовом режим используются два и более емкостных датчика разнесенных по длине разрядного устройства.
В случае, когда существенно затухание волны, мгновенная скорость фронта волны ионизации в разрядной трубке зависит от удаления от высоковольтного электрода. Данные, представленные в виде х
(2.6)
прош
0 , (2.7)