Введение к работе
Актуальность теш: В настоящее время разряд з электроотрицательных газах, в том числе в парах галогенов и в их смесях с друпми газами:, находит широкое применение в различных областях науки к техники; в шіазмохишпш, газовых лазерах, источников пучков отрицательных ионов и других газоразрядных приборах, многие из которых все болызе и больше используются в технике. Большинство характеристик газозого разряда сильно зависит от значения отношений плотности отрицательных ионов к концентрации электронов п_/пе.
Наиболее устойчивые отрицательные ионы образуются в разрядах, содержащих молекулы галогенов, и в них можно получить большие отношения п_/пе.
Плазма в нарах йода образует среду для мощного йодного лазера коротких импульсов. Смесь йода с гелием образует также активную среду для лазерного излучения в видимой и близкой инфракрасной областях спектра из-за переходов между уровнями нейтрального атома йода.
Присутствие отрицательных ионов в ионизованном газе почти всегда приводит к образованию стоячих и бегущих страт. До сих пор полностью не разработаны физические основы стратироваяной плазмы, особенно для случаев, когда в объеме разряда имеются отрицательные ионы. В разряде в смесях газов, одним из компонентов которых является электроотрицательный газ, наблюдается резкое отличие перераспределения частиц смеси в радиальном и продольном направлениях з стратах.
Атомы и молекулы йода сильно отличаются от атомов гелия по
- г -
значениям энергий ионгзаши к по их массам, и они имеит очень большое значение сродства к электрону. Всэ это приводит к более яркому проявления) свойств разряда з парах йода и з ex смеси с гелием. Поэтому мы вибрали для исследований смесь He-J„.
Несмотря на широкое практическое применение изучаемых объектов, их физические свойства почти не изучены: емэется буквально единицы работ, посеяшэекых их исследованию [1-4J. Еще много надо сделать для того, чтобк полностью понять, какими элементарными процессами определяются характеристики разряда в парах йода и is смесях с другими газами и параді. Тогда мохно будет конструировать приборы, з которых рабочим телом являются рассматриваемые в этой диссертации разряды, станет возможным создание приборов с заранее заданными свойствами.
К настоящему времени неизвестны исследования, в которых было бы изучено пространственное перераспределение атомов и молекул смесей в стратированном разряде, в котором одним из компонентов смеси является тяжелый электроотрицательный газ с большим значением' сродства к электрону.
Целью настоящей работы язляется систематическое экспериментальное исследование физических процессов, протекающих в плазме в парах йода и в смеси Ee-J2 и определение ее основных характеристик:
а) Измерение плотностей электронов, полокктельных и отрицательных ионов, средней энергии к ФРЗЭ электронов в зависимости от значений парциальных давлений йода и гелия и разрядного тока, в разных участках разряда.
0) Особое внимание уделялось изучению степени продольного и радиального перераспределения компонентов смеси з различных участках разряда в условиях наших-экспериментов.
в) Исследование других параметров плазмы в разряде в чистых парах йода и в смеси паров йода с гелием, информация о которых была необходима для более глубокого понимания процессов, протекз-кашх в изучаемых объектах: потенциал пространства, скорость дрейфа и подзикность электронов, скорость ионизации, напряженность продольного и радиального электрических полей и др.
Основными методами измерений' ' были разные модификации зондового и оптического методов. Использовались цилиндрические н плоские зонды, метод второй производной и снятие ВАХ с последующей обработкой их на ЭВМ. Такті способом были определены n0{r,z), п. _{r,z), &Ar,z) и другие электрокинетические парамет-ры. При этом, в необходимых случаях, применялся метод регуляризации для обработки результатов измерений.
Для определения степени перераспределения компонентов смеси применялся метод измерения ИЕтенсивностей спектральных линий Eel и Л в разных сечениях трубки перпендикулярно осн разряда 5]. При обработке результатов таких измерений использовали преобразования Абеля. Эта задача была решена, используя метод регуляризации на ЭВМ. Снимались также зависимости кнтенсивностей спектральных линий Неї и Л от расстояния от катода.
Научная новизна работы заключается, в следующем:
Впервые проведеио систематическое исследование параметров плазмы в чистых парах "йода и в смеси с гелием зондовым н оптическим методами.
Впервые изученено явление продольного и радиального пространственного перераспределения компонентов плазмы в смеси, одним из компонентов которой является тявелый электроотрицательных газ с большим значением сродства к электрону, а другим - инертный газ, в стратировакном столбе разряда постоянного тока.
Установлено, что в хвостах страт и в той части положительного столба, где нет страт, поперечное перераспределение компонентов смеси происходит за счет механизма катафореза. Плотность атомов J и молекул J у стенок трубки больше, чем в приосзвых областях.
В головках страт перераспределение компонентов смеси происходит под действием разницы в передаче импульса электронами в радиальном направлении атомам гелия и частицам йода. Плотность атомов J и молекул Jg почти не меняется при удалении от оси к стенкам, плотность атомов гелия больше у стенок, чем в приосеЕЫХ областях разряда. В диссертации дается объяснение такому необычному, на первых взгляд непонятному, явлению, которое до сих пор никем не наблюдалось.
Обнарукено новое явление направленного движения частиц -компонентов смеси вдоль страт.
Экспериментально определена и оценена плотность отрвда тельных ионов J*".
Оценены скорость дрейфа н подвижность электронов в чистых парах йода.
- Оценена скорость ионизации J.
Практическая ценность. Полученные экспериментальные результаты будут полезны для более глубокого понимания физики плазмы, особенно при наличии страт, в присутствии электроотрицательных газов. Кроме того, они помогут целенаправлено конструировать газоразрядные приборы, в которых рабочим телом являются пары галогенов и их смесей с инертными газами.
Апробация работы: результаты работы неоднократно докладывались на семинарах лаборатории физики плазмы кафедры физической электроники физического факультета МТУ, на международных и всесо-
юзеых конференциях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ: одна - в журнале ж четыре - в трудах международных и всесоюзных конференции.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, шести приложений., ссеовенх выводов и списка литературы (79 названий).
