Введение к работе
Актуальность темы исследований определяется тем, что построе-ие последовательное теории развития разрядов з газах, как с точки рения электрических характеристик, так и с точки зрения особеннос-еП спектра, требует вчяснения роли физических механизмов способст-уюіцих радиальному развитию плазменного канала разряда. Дело в тот», то характер спектра излучения плазменного "аняла разряда с преде-яется зеличинеч плетнести тек а и для его поникания, в частности тсбы выяснять как влияют на спектр параметры контура или газа в отором происходит разряд, необходимо учитывать влияние этих пара-атров не только ни силу то;:а, но к на диаметр канала разряда.
С другой иторс.ни наблюдаемое п эксперимента;: насыщение яркос-и сзечения канала ;тмпульсіісго разряда попиленного давления связано практической негогможнесп.п повысить температуру плазмы вследствие ыстрего расширения токоведущего канала и значительного роста ее еплеся'кости nj.r лепьпении температуры. При ятом, надо заметить, то именно сверхзвуковая стадия расширения канала разряда, не-мотря на значительную диссипацию выделяемой электрической энергии а газодинамический разлет плазмы разряда, характеризуется высокой ркостьп свечения канала. В связи с этим для поаыления эффектив-ости трансформации электрической энергии в световую, за счет меиьления потерь на газодинамический разлет плазмы и роста дельного энерговклада, представляет интерес инициирование элект-ической искры в присутствии внесшего продельного магнитного поля, ретиведазленио со стер'сны которого соизмеримо с гззекинетическим :ав.:с-нпем плззмн.
Цель работы заключается в систематизированном экспериментальном исследовании и теоретическом обосновании закономерностей связанных с влиянием внешнего магнитного поля на физические мзханизмь осуществляющие поперечный перенос энергии а плазменной канале імпульсного разряда в газах повышенного давления к, соответствующих измєнєні* в характере спектра излучения газоразрядной плазмы. Для этого производилась совместная регистрация вольтанпернкх характеристик /ВАХ/, оптических картин пространственно-временного развития канала при помощи сверхскоростного фоторегистратора работающего в режиме микрофотохронографа и спектров излучения разряда. Регистрация оптических картин расширяющегося канала с большим разрешением по световому потоку позволило заметить явление отделения фронта ударной водны /УВ/ от границы какала разряда и исследсеать влияние внешнего продельного магнитного поля на «го радиальное и излучательные характеристики отдельно как на сверхзвуковой, так к на дозвуковой стадиях его расширения.
В качестве механизмов осуществляющих сверхзвуковой лерєнос границы канала разряда по нейтральному газу рассмотрены гидродинамический механизм и механизм лучистой теплопроводности. Получена явная зависимость скорости расширения канала разряда от значения напряженности внешнего магнитного полк на стадии совместного распространения фронта УВ и границы канала разряда, что позволяет объяснить особенности радиального развития и спектров получения обусловленного воздействием магнитного ПОЛЛ.
Научная новизна работы состоит в том, что экспериментально и теоретически исследована роль различных физических механизмов способствующих поперечному переносу анергии внутри плазменного столба разряда в газах высокого давления и характер, обусловленного особенностями радиального развития разряда в присутствии внешнего магнитного поля, спектров получения газоразрядной плазмы.
В отличие от известных работ, посвященных исследованию канальной стадии процесса пробоя газовых промежутков высокого давления, в диссертации теоретически и экспериментально показана взаимная обусловленность закономерностей радиального развития разряда и спектров излучения плазмы, причем эти закономерности исследо-ваьы отдельно на сверхзвуковой и дозвукоьой стадиях расширения канала.
В качестве механизмов,способствующих расширению канала разряда со сверхзвуковыми скоростями рассмотрены гидродинамический механизм и механизм лучистой теплопроводности, а с дозвуковыми
скоростями - электронная теплопроводность, радиальная диффузия гастиц плазмы, "лучистый перенос" энергии в оптически тонкой плазів и процессы фотоионизации.
При этом в диссертации впервые:
1. Исследовано влияние магнитного поля на газодинамические ха~
іактеристики канала разряда, на стадии совмеотпого распространения
'раницы канала п фронта УВ, учтено через граничные условия получен
ие для случая сильного разрыва при наличии нагнитиого поля по
>бв стороны от поверхности разрыва.
-
В зависимости от параметров разрядного понтура, сорта га-іа н перепапршенностн внешнего магнитного поля исследованы осо-іенности динамики разряда и соответствующее этому распределение мергетичегкой яркости излучения канала.
-
Исследовано влияние внешнего магнитного поля на радиальное іаспределенне газодинамических функций канала разряда.
-
В явной зависимости от напряженности внешнего магнитного юля получен закон переноса границы канала разряда для случаев идродинамического механизма.механизма лучистой теплопроводности, ілектронной теплопроводности и радиальной диффузии частиц плазмы тзряда.
-
Установлена зависимость степени однородности и амплитудного жачения яркости свечения канала разряда от скорости ввода энергии
) разрядный промежуток.
Научная и практическая ценность работы определяется актуаль-юстыо тематики исследований и новизной рассмотренных задач.
В проведенном автором исследовании:
1. Раввиты физические представления о процессах,происходят:'*
шутри плазменного канала импульсного разряда в газах высокого
ювления, что способствует понимания характера спектра излучения
і его особенностей з присутствии внешнего продольного магниткогг юля.
-
Показана возможность повышения эффективности трансформации электрической энергии, выделяющейся в разрядном промежутке, в све-гозую за счет роста удельного энерговклада в кенпл разряда и умрнь-пения потерь энергии на газодинамический разлет плазга.
-
Указан способ достижения более быстрого перехода УВ, передний фронт которой распространяется совместно с границей плазменного столба разряда, в звуковую, что может быть использовано для ослабления разрушительного действия интенсивней УВ.
4. Показана принципиальная возможность управления спектральний селективностью излучения газоразрядной плазмы, т.е. в присутс вии магнитного поля происходит перераспределение спектральной пло ности энергетической яркости излучения.
Ь. Изобретения,сделанные автором и защищенные авторскими сви дєієльст.шми и патентом, вносят вклад в оптическое приборостроени в частности они могут бить эффективно использованы в области физи к;: б^птропротекающих процессов.
Автор выносит на защиту развитые в диссертационной работе те ретические представления о физических процессах,происходящих внут ри плазменного канала импульсного разряда в газах высокого давления и, установленные экспериментально, закономерности радиального развития и спектров излучения газоразрядной плазмы в присутствии продольного внешнего магнитного поля. Основные положения выносимы ajTopoM на защиту заключаются в следующем:
-
На стадии совместного распространения фронта УВ и границы канала разряда, инициируемого во внешнем магнитном поле, противодавление со стороны которого на плазменный поршень соизмеримо с газокинетическим давлением плазмы, при наличии магнитного поля по обе стороны от. поверхности разрыва происходит увеличение ширины сильного разрыва - УВ. В результате этого происходит уменьшение интенсивности, следовательно и скорости распространения УВ образующейся при пробое газового промежутка высокого давления.
-
Уменьшение скорости радиального развития искрового канала в присутствии внешнего продольного магнитного поля приводит, при тех же значениях параметров разрядного контура, к существенному росту удельного енерговклада в разрядный промежуток и плотности тока разряда. Так рост напряженности магнитного поля от нуля до 10. А/м способствует росту удельного енерговклада от значения
10 Вт/см3 до 10 Вт/см3, а плотности тока разряда от 10 до Ю7' А/см2.
3. Вследствие уменьшения скорости газодинамического разлета
плнзмы в присутствии магнитного поля электронная концентрация з
раптом напряженности внешнего магнитного поля от нуля до 10 А/м
сюзрпптает, приблизительно, в пять раз, п температура почти на по
рядок. В случае Н'—10 А/м электронная концентрация за I мкс
уменьшается ст 2-Ю см" до 10 } см" , а температуря ли то же
[омя 1|«д"(»т пт 10 до 10 К.
4. При скоростях роста тока 10 А/сек, р случгі" отсутствие іагнчтнсго поля, наблюдается экранировка и з луч .ия і;з канала ис рм низкотемпературным прогрезннм слоем обрпзу-лчти п^рел фронт-" інтенсивно?} УВ. При нг;чг-<ір"иі: 'пгннтного поля, с напряженностью I 10' А/м вследствие уменьшения интенсивности УВ экранировка на-:тупает уже при скоростях роста тока 10 Л/сек. Это обстояталь :тзо способствует усилению выхода излучения из канала искры. Уста юоленс.что отношение яркостей свечения, Вн /Во в Диапазоне иин волн 'ЮО-440 нм при значении Н —10"" равно 1,7.
Достоверность результатов подтверждается их непротиворечи-юстып с имеющимися экспериментальными исследованиями, соответ-5Твием измерений,проведенных при помощи независимых методик и тео іетическими рассмотрениями других авторов кок в нашей стране, так і за рубеном.
Апробация работы.Основные результаты диссертации докладывали'1 і ta I Всесоюзном совещании по физике электрического пробоя газов 'Махачкала, K8Z г./, на 12 северо-кавказских чтениях по физике/ 'Ростов, 1984 г./, на 4 Всесоюзной конференции по физике газового іазряда/Махачкала, 1986 г./, нв Всесоюзной конференции по низкотемпературной плазме /Ленинград, 1986 г./, на региональной конфе-зенции по физяко-хгаїкчеекпм процессая в олектрическях разрядах 'Грозный, 1993 г./ на 6 конференция по физике газового разряда 'Казань, 1992 г./, а также на научных семинарах ЇЛГУ км.М.В.Ломо-іосова и ДГУ им. В.И.Ленина.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, спи-зс;- которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заклячения и списка литературы. Работа изле яена на 153 страницах, содержит 35 рисунков, 7 таблиц и 103 литературных ссылок.
