Динамика и структура волн ионизации в наносекундном диапазоне при высоких перенапряжениях в различных конфигурациях разрядного промежутка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Нуднова Мария Михайловна

Динамика и структура волн ионизации в наносекундном диапазоне при высоких перенапряжениях в различных конфигурациях разрядного промежутка

01.04.08 — физика плазмы Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

IX.?

г сэ

Долгопрудный - 2009

003467445

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"

Научный руководитель: доктор физико-математических наук профессор, университет Дрексел, Филадельфия, Стариковский Андрей Юрьевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ЭИ им. Г.М. Кржижановского Базелян Эдуард Меерович;

доктор физико-математических наук, заведующий сектором ОИВТ РАН Найдис Георгий Вениаминович.

Ведущая организация:

Государственный научный центр Российской

Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных

исследований

Защита состоится 13 мая 2009 г. в заседании диссертационного

совета Д 212.156.06 при Московском физико-техническом институте по адресу: 117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, корпус В-2.

Отоывы направлять по адресу: 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9, МФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института.

Автореферат разослан 3 апреля 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совел

кандидат технических наук, доцент

Чубинский Н.П.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Повышенный интерес к импульсным разрядам в последнее время объясняется необходимостью создания сильнонеравновесной плазмы для задач плазменного управления процессами горения, плазменной и магнитной аэро- и гидродинамики.

Важной задачей физики газового разряда и низкотемпературной плазмы является управление плазмохимическими процессами в современных энергетических установках. Непрерывно ужесточающиеся ограничения по выбросу токсичных газов и СОз приводят к необходимости совершенствовать существующие энергетические системы. Наиболее эффективный путь совершенствования промышленных газовых турбин - переход на предварительно-перемешанные "бедные"топливно-воздушпые смеси. В этом случае резко снижается температура продуктов сгорания, что приводит к снижению выхода оксида азота по термическому механизму (механизм Зельдовича). Однако бедные пламена становятся нестабильными при снижении стехиометрического коэффициента уже до уровня ф — 0.3.

Активное управление обтеканием с помощью низкотемпературной плазмы является в последнее время одним из наиболее быстро развивающихся направлений в аэродинамике [1, 2]. Одним из основных преимуществ плазменных методов управления потоками является их практически нулевое время реакции. В 2005 году в работе [3] было предложено использовать для плазменного актуатора наносекундный импульсно-периодический разряд. В работе [4] было показано, что основной механизм воздействия скользящего наносекундного разряда на воздушный поток заключается в быстром нагреве газа (меньше 1 мкс).

Цель работы

В качестве основного объекта исследования в настоящей работе были выбраны импульсные разряды наносекундной длительности при высоких и сверхвысоких перенапряжениях. Высокие поля, реализующиеся в разрядах данного типа, приводят к эффективной диссоциации и ионизации газа электронным ударом. В то же время короткое время существования высоких полей дает возможность ограничить энерговклад в газовый промежуток и существенно увеличить эффективность разряда.

Целью, поставленной перед данной работой, является комплексное исследование электродинамических, пространственно-временных и кинетических процессов, происходящих в разрядах, инициированных высоковольтным импульсом наносекундной длительности, реализуемых в различных типах разрядных промежутков.

Научная новизна работы

1. Впервые экспериментально исследована структура зоны ионизации и возбуждения газа в головке стримера. Восстановлено радиальное распределение излучения по головке стримера в различных частях головки. Показана разница между излучательным и электродинамическим радиусом головки канала стримера. Новая методика восстановление картины излучения в сечении головки стримера даёт возможность определить электродинамический диаметр канала стримера и, таким образом, дает важный параметр для сравнения с численными моделями.

2. Впервые в широком диапазоне давлений (350-1200 Topp) и напряжений (24-48 кВ) получены экспериментальные данные с одновременной регистрацией электродинамических, пространственно-временных и излучательных характеристик стримерного разряда. Это дало возможность верифицировать гидродинамические модели развития разрядов и выполнимость локального приближения описания ФРЭЭ на фронте волны ионизации таких разрядов с использованием всего комплекса параметров, которые регистрировались в эксперименте.

3. Впервые получены детальные характеристики (скорость распространения, геометрия, приведенное поле, концентрации активных частиц) импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда б широком диапазоне давлений и напряжений. В частности, показано, что вследствие очень высоких полей (порядка 1000 Тд) скользящий наносекундный разряд производит значительно меньше озона, чем разряд, инициированный импульсом с более пологим фронтом нарастания.

4. Впервые получена величина и скорость термализации энергии газового разряда в полях порядка и более 1000 Тд. Показано, что быстрая термализация сильно возбужденной плазмы приводит к выделению в поступательные степени свободы до 50-80 процентов энергии неравновесного разряда уже в течение первой микросекунды послесвечения плазмы при атмосферном давлении.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Внутренняя структура головки стримера, скорость распространения, электродинамический и излучательный диаметр канала стримера в зависимости от давления и напряжения. Показано, что структура волны ионизации головки стримера характеризуется двумя радиусами различной физической природы. Один из них, излучательный, характеризует область максимального возбуждения триплетных состояний молекулы азота. Второй, электродинамический, показывает область проводимости канала за фронтом волны ионизации. В типичных условиях эксперимента электродинамический радиус превышает излучательный в 1.5 - 2 раза.

2. Структура и динамика развития стримерной вспышки, инициируемой длинным импульсом (400 не) с коротким фронтом (11 не). Показано, что вторичные стримерные волны развиваются по предварительно не ионизованной области. Получена зависимость длины ветвления катодонаправленного стримера от давления и напряжения. Показано, что длина ветвления зависит от Е/р экспоненциально.

3. Экспериментальная верификация двумерных численных моделей уединённого катодонаправленного стримера в гидродинамическом приближении. Показано, что модель количественно описывает как макропараметры, такие как, скорость движения, световой диаметр, так и тонкую структуру стримера. В частности, экспериментально показано, что нелокальные и нестационарные эффекты не оказывают существенного влияния на распространение уединённого катодонаправленного стримера.

4. Анализ влияния коэффициента ионизации электронным ударом и фотоионизации, на развитие стримерного разряда. Показано, что изменение а на 20% приводит к увеличению скорости на 15%, а изменение скорости фотоионизации на порядок величины - к изменению светового и электродинамического радиуса на 35%.

5. Структура и динамика развития импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Измерены скорость движения фронта ионизации по поверхности, линейные размеры разряда, значение электрического поля, энерговклад и концентрация озона. Показано, что развитие наносекундного разряда содержит две фазы: волну ионизации, соответствующей зарядке поверхности, и волну ионизации, соответствующей разрядке, Показано, что величина приведённого электрического поля в импульсном скользящем разряде на порядок превышает порог пробоя в газе, и линейно уменьшается при повышении давления.

6. Кинетическое описание плазмохимических процессов в послесвечении импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Показано, что при высоких Е/п в скользящем разряде генерация озона существенно менее эффективна из-за большого энерговклада в ионизацию и малоэффективного преобразования ионов а атомарный кислород. Показано, что значительная доля энергии разряда термализуется на временах порядка 1 мке в процессе электрон-ионной рекомбинации, диссоциации с образованием "горячих"атомов и вращательно-поступательной релаксации верхних колебательных уровней при столкновениях с атомами. Экспериментально показано, что в случае анодонаправленного разряда термализуется от 45 до 55 процентов энергии. В случае катодонаправленного разряда - от 50 до 80-ти процентов.

Практическая и научная ценность работы

Практическая и научная ценность работы заключается в получении комплексных экспериментальных данных с высоким временным разрешением как интегральных характеристик разряда, так и тонкой структуры волны ионизации.

Полученные в работе экспериментальные результаты могут быть применены для верификации численных моделей широким кругом специалистов, моделирующих распространение импульсных разрядов.

Методы, развитые в диссертации, могут быть полезны для дальнейшего развития экспериментов по измерению характеристик импульсных газовых разрядов, реализованных в различных типов разрядных промежутков.

Данные по скорости термализации неравновесной плазмы, полученные при высоких приведённых полях, расширяют имеющиеся в литературе данные при низких полях (20-150 Тд). Скорость термализации в совокупности с данными по полю, энерговыделению, излучающему объёму скользящего разряда, полученные при полях порядка 800-1200 Тд могут быть использованы для построения кинетических моделей и анализа химических процессов в плазме скользящего разряда. Измеренные величины нагрева и скорости релаксации плазмы дают возможность количественного описания взаимодействия импульсного газового разряда с аэродинамическими потоками.

Результаты данной работы могут способствовать развитию ряда приложений, таких как задачи плазменного управления процессами горения, плазменной и магнитной аэро- и гидродинамики.

Апробация работы

В основу диссертации положены работы, опубликованные в 5-ти статьях и 30 докладах (тезисах докладов) научных конференций.

Основные результаты работы докладывались диссертантом на следующих конференциях: The XVI Internationa) Conference on the Gas Discharge and their Applications (Cardiff, United Kingdom 2008, Xi'an, China 2006), The XVIII International Symposium of Plasma Chemistry (Kyoto, Japan 2007), International Symposium "Streamer, sprites, leaders, lightning: from micro- to macroscales"(Leiden, the Netherlands, 2005), The 4-th International Symposium on Theoretical and Applied Plasma Chemistry (Иваново 2005), конференция по физике экстремальных состояний вещества (Эльбрус 2005, 2006), XXXI Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород 2005), XLVIII, XLIX, L Научные конференции МФТИ (Долгопрудный 2004, 2005, 2006, 2007).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из 5 глав. Работа изложена на 121 странице текста, включает 100 рисунков, 3 таблицы. Список литературы насчитывает 119 наименований.

Содержание диссертации

Первая глава содержит обзор литературы по экспериментальным и теоретическим методам исследования импульсных разрядов.

Во второй главе сформулированы основные цели и задачи диссертации, охарактеризованы научная новизна и практическая ценность полученных результатов,

Третья глава посвящена исследованию стримерного наносекундного разряда.

Использованная в работе экспериментальная установка была создана на основе разрядной секции, представляющей собой вакуумную камеру в форме куба с ребром 220 мм, выполненной из нержавеющей стали. Диагностика разряда осуществлялась через оптические окна диаметром 100 мм, изготовленные из кварца КУ - 1 (спектральный диапазон от 180 до 2600 нм), толщиной 10 мм. Разряд был реализован в 2-х различных типах геометрии; плоскость - плоскость и игла -плоскость. Расстояние между электродами могло варьироваться от 20 до 60 мм. Высоковольтный электрод выполнен в виде диска диаметром 80 мм, заземленный анод (в случае геометрии плоскость - плоскость) - из диска диаметром 100 мм. Для инициирования катодонаправленного стримера по центру заземленного анода установлена игла диаметром 0.8 мм, высотой 9 мм. Для реализации геометрии игла - плоскость использовалась игла длиной 14 мм, толщиной 1 мм с радиусом закругления < 10 мкм. Измерения проводились для двух разрядных промежутков в геометрии плоскость - плоскость: 30 мм (22 мм от острия иголки до плоского электрода) и 50 мм (42 мм от острия иголки). При 30 миллиметровом зазоре давление в камере варьировалось от 740 до 320 Topp с шагом в 30 Topp. При последующем уменьшении давления шло развитие искрового разряда. Для того, чтобы перейти к более низким давлениям, разрядный промежуток был увеличен до 50 миллиметров. В таком зазоре стримерная вспышка образовывалась в диапазоне давлений от 410 до 80 Topp, при давлении ниже 80 Topp также происходил переход в искровой разряд.

Для инициирования стримерного разряда были использованы два типа высоковольтных импульсов с напосекундным фронтом: короткий (длительность на полувысоте 22 не, время нарастания 7.5 не, в геометрии плоскость - плоскость) и длинный - с длительностью 400 не, время нарастания 13 не (игла - плоскость, длина разрядного промежутка составляла 30 и 40 мм).

Для определения пространственно-временных характеристик разряда была использована ПЗС камера PicoStar HR12 фирмы LaVision с минимальной выдержкой 200 пс, спектральным диапазоном 200-800 нм.

Для исследования формы разряда были получены фотографии стримерной вспышки с выдержкой 50 не. При высоких давлениях разряд представляет собой только ветвящуюся стримерную вспышку, причем с уменьшением давления количество ветвлений на единицу длины стримера уменьшается; далее следует

О 100 200 300 400 SOO 600 700 800 И» 1000 1100 1200 1300 Давление,торр

Рис. 1: Зависимость длины ветвления для катодонаправленного стримера от

напряжения для

давления 600, 740, 1000 Topp, d = 30 мм.

диапазон давлений, в котором можно наблюдать как ветвящуюся структуру, так и одиночный стримерный канал; при более низких давлениях регистрируется только одиночный стримерный канал. Длину ветвления в эксперименте определяли двумя способами: 1) как отношение количества веток к пройденной стримером длине, 2) измеряли непосредственно по фотографиям. Зависимость длины ветвления от напряжения можно представить следующей формулой:

lg(A ) = Л + £ (1)

где Л - длина ветвления, U - напряжение на промежутке, А, Uо - константы, характерные для каждого давления. Оказалось, что коэффициент, определяющий зависимость "скорости роста"длины ветвления от напряжения, линейно зависит от давления в диапазоне 600 - 1100 Торр (Рис. 1). Полученная эмпирическая зависимость дает возможность предсказывать длину ветвления длину ветвления в этом диапазоне давлений.

Для исследования динамики развития стримерного разряда на больших временах использован высоковольтный импульс длительностью 400 не с коротким фронтом длительностью 11 не. Для анализа динамики процесса была получена картина распространения стримера во времяразрешенном режиме: генератор импульсов работал в периодическом режиме, а время задержки срабатывания усилителя ПЗС-камеры сдвигалось с каждым новым импульсом на одну дополнительную наносекунду, выдержка камеры составляла около 300 пс.

На Рис. 2(2 — 10) представлены типичные фотографии, иллюстрирующие развитие стримера. Стример распространяется в несколько стадий: с низковольтного электрода стартует одиночный стример и перекрывает промежуток, затем с высоковольтного электрода распространяется обратная волна и после того, как она достигает низковольтного электрода, формируется столб тлеющего разряда,

ж , ■ А; 1 е Е о 5 « I 1 10 i 25 i

Anode в, 1

40 1 60 * • * 1 120 А 200 t '* 1 250 4,

Рис. 2: 1) - интегральное фото стримерного разряда, параметры: Р = 460 Topp, U = 38 kB, промежуток игла - плоскость d =30 мм, выдержка 400 не; 2-10 фото с выдержкой около 300 пс в различные моменты высоковольтного импульса!

I

который медленно теряет проводимость к концу высоковольтного импульса. Через десятки наносекунд с иголки низковольтного электрода стартует вторая стримерная | вспышка, при этом она распространяется не по предварительно ионизованной

области, а вокруг нее, избегая области пространственного заряда первого канала. Очевидно, что вторая стримерная волна распространяется по максимальному I градиенту поля в промежутке. Весь цикл с обратной волной и последующим

свечением наблюдается снова. Затем возникает третья волна и т. д. Таким образом, к концу высоковольтного импульса стримерной плазмой заполнен много | больший объем пространства, чем в результате перекрытия промежутка одиночным

импульсом.

В литературе представлены значение диаметра канала, измеренные на [ полувысоте профиля излучения (излучательный диаметр). Такой метод измерения

не даёт информации о полном объёме, занимаемой плазмой. Ниже будет показано, что излучательный диаметр существенно отличается от диаметра, измеренного по положению локальных максимумов электрического поля (электродинамический радиус).

На Рис.3 представлена рассчитанная мгновенная картина распределения концентрации возбуждённого состояния N2(C3I7„) в сечении головки стримера. I Линия Й2 показывает излучательный диаметр на полувысоте пика излучения,

- расстояние между двумя спадающими пиками излучения, где головка стримера переходит в канал (электродинамический диаметр канала). Излучательный диаметр характеризует область сильного возбуждения газа, в то время как электродинамический радиус показывает область, занятую плазмой.

Для восстановления формы головки стримера были получены изображения

I 9

Рис. 3: Мгновенное изображение распределения концентрации [N2(C3IIU)]. Р = 460 Topp, U = 38 kB, [5]. Ri - электродинамический диаметр, Кг - излучательный диаметр.

Рис. 4: Восстановленное излучение в сечении головки стримера. Р=460 Topp, ¡7=38 kB, промежуток игла - плоскость (2=40 мм. Время задержки после старта -10 не.

стримера с субнаносекундной выдержкой (300 пс) в различные моменты после старта стримера. Изображение стримера, получаемое на матрице камеры, является двумернымизображением излучения трехмерного цилиндрически-симметричного объекта. Для того, чтобы восстановить картину излучения по радиусу головки стримера, мы использовали процедуру, аналогичную обратному преобразованию Абеля.

В таблице 1 представлены значения электродинамических и излучательных радиусов головки стримера, распространяющейся по промежутку в условиях: Р =

Таблица 1: Электродинамический и излучательный радиусы в различные моменты времени после старта стримера. Р = 460 Topp, U = 38 kB, d = 30 мм. £ после старта стримера, не Электро-дин. радиус, мм Излучательный радиус, мм ReilRTad 5 1.5 1.5 1.0

10 2.0 1.5 1.3

15 2.0 1.15 1.7

Рис. 5: 1) Средняя скорость стримера при различных давлениях, U = 24 кВ; 2) Зависимость средней скорости для давления 740 и 600 Topp от напряжения. Точки - результаты эксперимента, прямые - результаты расчета. Промежуток плоскость -плоскость, 30 мм.

460 Topp, U — 38 kB, d = 30 мм. Как видно из таблицы, электродинамический радиус (Rd) равен излучательному (RTad=1-5 мм) в начале движения стримерной волны. По мере продвижения по разрядному промежутку (10 не после старта) й^ достигает значения 2.0 мм и остается неизменным вплоть до перекрытия разрядного промежутка, в то время как значение RTad уменьшается до 1.15 мм к моменту времени i=15 не после старта.

Для улучшения интерпретации экспериментальных данных была привлечена численная модель, представленная в работе [5]. Детальное сравнение экспериментальных данных с результатами численного моделирования позволяет систематизировать экспериментальные материалы и улучшить понимание процессов, определяющих развитие разряда.

На Рис. 5 представлен график средней скорости по промежутку для различных давлений и в зависимости от напряжения при фиксированном давлении. Показаны как экспериментальные данные, так и результаты численного моделирования. Из измерений следует, что скорость стримера существенно увеличивается при понижении давления - от величины 0.4 х 1 мм/нс при атмосферном давлении до 1.5 х 10s см/с при давлении 350 Topp. При изменении напряжения от 26 до 36 кВ средняя скорость увеличивается в диапазоне 0.8 х 1.6 мм/нс. Максимальное отличие эксперимента от данных моделирования лежит в диапазоне 30-35%, что говорит о хорошей выполнимости заложенных в модель предположений.

Напряжение, kB

Рис. 6: Зависимость электродинамического радиуса от напряжения для различных давлений, d = 30 мм (игла-плоскость)

На Рис.6 представлена зависимость электродинамического радиуса от напряжения при давлениях 380,460, 740 Topp для промежутка игла плоскость 30 мм. Для более низких давлений 140, 260, 380 Topp длина промежутка была увеличена до 40 мм. В диапазоне 0.5-1 атмосфера отличие расчетных и экспериментальных данных составило не более 15%, в диапазоне 0.2 - 0.5 атм - до 40%. Возможно, более существенное отличие результатов расчета и эксперимента при низких давлениях связано с тем, что диаметр стримера в этих режимах лишь в разы (4-5 раз) меньше разрядного промежутка, и существенную роль оказывают приэлектродные эффекты, которые не учитываются в модели.

Помимо этого проводилось сравнение таких параметров как динамика электрического тока в промежутке и излучательный диаметр канала. Так, ток стримера увеличился от 70 мА при атмосферном давлении до 300 мА при Р=530 Topp. Отличие эксперимента и результатов моделирования составило не более 20%. Наибольшее расхождение значений излучательного диаметра наблюдается при минимальном давлении 300 Topp, что, по-видимому, связано с неучтенными приэлектродными эффектами.

В работе [5] фотоионизация газа S^hoto учитывалась согласно работе [6]. Для исследования влияния значения коэффициента ионизации а/пи давления тушения pq был проведён расчёт параметров разряда в условиях разряда и сравнение с экспериментальными значениями скорости, формы и линейными размерами головки стримера. Результаты моделирования параметров для условий Р = 460 Topp, U = 38 kB, d = 30 мм (геометрия игла-плоскость) представлены в таблицах 2, 3.

Средняя скорость стримера меняется несущественно при уменьшении или

Таблица 2: Электродинамические и излучательные радиусы при различных значениях a/n. Р = 460 Topp, U = 38 kB, d = 30 мм.

m,(a/nxm) Электро-дин. радиус, мм Иэлучательный радиус, мм Rei/Rrad Скорость, мм/ыс

0.67 2.0 1.75 1.2 1.2

1.0 1.9 1.5 1.3 1.4

1.5 1.8 1.5 1.2 2.4

Таблица 3: Электро-динамические и излучательные радиусы при различных давлениях тушения. Р = 460 Topp, U = 38 kB, d = 30 мм.

х Рд) Электро-дин. радиус, мм Иэлучательный радиус, мм Rei/Rrad

0.1 1.9 1.9 1.0

1.0 1.9 1.5 1.3

10 1.5 1.2 1.3

увеличении скорости фотоионизации на порядок. В то же время форма головки стримера меняется значительно. Электродинамический радиус равен значению излучательного радиуса при высоких скоростях фотоионизации. Это означает, что форма головки стримера является полусферической. При уменьшении скорости фотопроцессов (а, следовательно, снижении концентрации фоновых электронов), форма головки стримера трансформируется из полусферической в эллиптическую, и отношение электродинамического радиуса к излучательному становится равным 1.3 (табл.3). При дальнейшем уменьшении скорости фотоионизации головка стримера сохраняет свою форму (Де|/Яга<;=1.3), однако, сами значения электродинамического и излучательного радиусов уменьшаются на 20 %.

Проведено сравнение данных расчета с результатами экспериментов, проведённых в тех же условиях (таблица 1). Через 10 не после старта стримера экспериментально измеренное отношение Rei/Rra<i равно отношению данных величин, рассчитанных при pq=30 Topp. Изменение а/п главным образом влияет на скорость распространения разряда. При изменении коэффициента ионизации электронным ударом в пределах разброса литературных данных для этой величины приводит к изменению электродинамического и светового диаметров на 10%, средней скорости стримера - на 25% табл.2.

Четвертая глава В четвёртой главе проведено исследование импульсного скользящего барьерного разряда.

Для исследования скользящего наносекундного разряда был использован типичный плазменный актуатор Рис. 7 (а). Высоковольтный и низковольтный электроды были выполнены из алюминиевой фольги толщиной 0.05 мм, шириной 5 мм, длинной 80.0 мм. В различных сериях экспериментов низковольтный электрод покрыт пятью слоями пленки ПВХ (поливинилхлорид), общая толщина диэлектрика составила 0.6 мм, в других - слоем тефлона толщиной 0.3 мм.

Наносекундные импульсы генерировались генератором высоковольтных импульсов с магнитным сжатием ПАКМ (U=10 4- 20 kB, длительность фронта

Рис. 7: а) схема разрядного промежутка. 1) электрод, покрытый диэлектриком; 2) диэлектрический слой; 3) электрод, помещённый поверх диэлектрика; 4) зона распространения разряда; 5) диэлектрическая пластина, б) фото скользящего разряда. U=17 кВ, выдержка усилителя t=50 не.

i/=7.5 не, длительность на полувысоте Тух =22 не) и наносекундным генератором построенным на FID (Fa,st Ionization Ое\асе)-диодах (U=64-12 кВ, tf=3 не, Ti/2=7 не). В ходе экспериментов генераторы работали в режиме разового запуска.

Дяя изучения пространственно-временных характеристик разряда были получены фотографии при помощи высокоскоростной ПЗС камеры PicoStar HR-12 с объективом Helios-44M. В кадр попадали 13 мм длины актуатора (полная длина электродов 80 мм). Выдержка усилителя составляла 50 не. На Рис. 7 (б) представлено фото катодонаправленного разряда, полученное при напряжении U=17 кВ. На основе профилей излучения разряда, полученных в диапазоне U=10 -г 20 кВ, была проанализирована структура разряда. В случае катодонаправленного разряда яркие пики излучения наблюдаются у кромки открытого электрода и спадают до общего уровня излучения на расстоянии около 2 мм от кромки для всех напряжений, далее разряд развивается однородно. Анодоваправленный разряд имеет более филаментаризованную структуру и длина филаментов увеличивается с напряжением.

Для восстановления напряжённости электрического поля была использована методика эмиссионной спектроскопии. В ходе эксперимента напротив закрытого электрода устанавливалась диафрагма толщиной 2 мм. Величина поля определялась по отношению максимумов пиков излучения 1~ и 2+ систем молекулярного азота (см. Рис. 8) (а). Из осциллограммы излучения также видно, что в случае катодонаправленного разряда наблюдается волна разрядки, которая характеризуется практически такой же интенсивностью системы 2+, в то время как интенсивность I- системы становится ниже в 4 раза. Значения усреднённого приведённого электрического поля разряда от давления при Ту2=7 не представлены на Рис.8 (б). В случае анодонаправленного разряда Е/п достигает максимума при минимальном давлении (1150 Тд при давлении 220 Торр) и уменьшается с увеличением давления (800 Тд при атмосферном давлении). В случае катодонаправленного при атмосферном давлении значение поля достигает 1250 Тд.

Рис. 8: а) Зависимость интенсивности излучения от времени. 1 ■ 1", 2 ■ 2+. Катодонаправленный разряд, б) Зависимость усреднённого приведённого электрического поля от давления. 1 - анодо-направленный, 2 - катодо-направленный разряд. U = 12 кВ в кабеле.

Поступательная температура молекул в разряде была измерена методом эмиссионной спектроскопии по излучению второй положительной системы азота переход (переход N2(C3IIU В3П„)). Температура молекул азота была измерена в разряде, инициированном генератором ПАКМ (Ti/2=22 не). Для получения значения температуры из экспериментальных данных была использована программа "Radiation and Nonequilibrium Collisional-Radiative Models "профессора JIo [8]. Программа рассчитывает спектр излучения молекул для различных температур. На рис. 9 (1) показан спектр излучения 2+ системы азота, полученный экспериментально. Разрешение в эксперименте равнялось ДА=0.25 нм. (2) и (3) - графики, полученные при помощи модели [8] с разрешением ДА=0.25 и 0.001 нм соответственно. Температура определялась по совпадению экспериментального и теоретического распределений.

В работе была исследована динамика температуры в послесвечении разряда. В ходе эксперимента диафрагма шириной 1 мм устанавливалась таким образом, что регистрировалось излучение разряда из определенной зоны разряда на поверхности актуатора. В случае катодонаправленного разряда температура увеличивается от 340 до 380 С0 в течение разрядной фазы и от 360 до 440 С0 через 1 мке в послесвечении в диапазоне 104-17 кВ при атмосферном давлении. В случае анодонаправленного разряда температура меняется от 360 до 370 С° (104-14 кВ) в течение разрядной фазы и от 390 до 490 Са через 1 мке в послесвечении.

Для расчета энерговклада в единицу объёма был использован суммарный энерговклад, полученный в эксперименте и измеренный эффективный объём разряда (рис. 10 (б)). Для расчёта эффективного объёма использовали фото излучения разряда, из которых получали двумерную матрицу, где значение каждой точки соответствует значению интенсивности излучения.

Рис. 9: Спектр излучения 2+ системы азота, разрешение системы АЛ=0.25 пт. 1) экспериментальный спектр, время выдержки 1=0-50 не, 2) спектр, рассчитанный по программе [8] с заданной температурой Т=350 К, ЛА=0.25 нм, 3) спектр, рассчитанный по программе [8] с заданной температурой Т=350 К, ДА=0.001 нм. Напряжение на разрядном промежутке и=14 кВ.

к 1-

О 1,0 2. 0,91 О

3 £ 0,7.

" ° 0,6

С I- 0,5 О °

&Е о,з.

5 | V-

5 5 о,1 § 0,0 -9

Рис. 10: а) Часть энергии, термализующейся за 1 мке, в зависимости от напряжения разряда. 1 - катодонаправленный разряд, 2 - анодонаправленный разряд. 6) зависимость объёма излучающего слоя, соответствующего половине энерговклада от напряжения. 1 - катодонаправленный, 2 - анодонаправленный разряд.

Часть плазмы, где энерговклад в единицу объёма максимален, представляет больший интерес с точки зрения измерения температуры, так как именно в этой части объёма формируется излучение с максимальной интенсивностью. Это излучение главным образом регистрируется в ходе экспериментов по измерению температуры. Синтетический спектр, построенный из реальных спектров с весовыми коэффициентами, соответствующими величинам локальных энерговкладов, хорошо аппроксимируется распределением с эффективной температурой 560 К, что соответствует 47% объёма излучающей плазмы с максимальным энерговыделением на единицу объёма. Результаты измерений объёма, в который вкладывается

Длина волны, нм

г.........I..........

....... |

40

35

30

"Е г 25

5" 20

:0)

15

Ю

О 10

5

...-Т т ............ --?

V

10 11 12 13 14 15 16 17 18 Напряжение, кВ

10 12 14 16 18 Напряжение, кВ

половика энергии для катодо- и анодонаправленного разряда, представлена на Рис. 10(6).

В течение 1 мкс объём газа, в котором происходит термализация энергии, остаётся неизменным. Тогда энергия, выделившаяся в один моль газа, равна Е = с„АТ, где с„ - теплоёмкость при постоянном объёме, AT - изменение температуры вследствие нагрева, Е - энергия, сообщённая газу. Зависимость доли энергии, термализующейся за 1 мкс, от напряжения разряда представлена на Рис.10 (а).

Концентрация озона была измерена методом абсорбционной спектроскопии в ультрафиолетовой области спектра. В этой области у молекула озона есть сильная полоса поглощения (полоса Хартли) с максимумом поглощения на длине волны 250 нм. В качестве источника излучения на длине волны 250 нм была использована дейтериевая лампа ДДС-30. В ходе эксперимента измеряли интенсивность излучения лампы ДДС-30, прошедшего через плазму разряда. Концентрация озона была измерена для двух значений напряжения в кабеле 6.5 и 12 kB (Ti/2=7 не). В случае низкого напряжения (U = 6.5 кВ) концентрация озона меняется от значения 3 * 1014 см-3 при Р = 200 Topp до 3 * 1015 см"3 при Р = 1400 Topp. При повышении напряжения до значения U — 12 кВ концентрация озона меняется от 9 * 10*4 см-3 при Р = 200 Topp до 2 * 10'5 см^3 при Р = 1400 Topp. В случаях, обоих напряжений концентрация озона достаточно мала, что даёт нам возможность пренебречь вторичными процессами, которые могут приводить к распаду озона -такими как реакции с атомарным кислородом, оксидами азота и т.д.

Для расчёта распределения энергии по различным процессам в зависимости от приведённого электрического поля было использовано двучленное приближение уравнения Больцмана для ФРЭЭ. В расчётах была использована база данных Фелпса, представленная в [7]. Показано, что увеличение величины Е/п ведёт к увеличению скорости ионизации по сравнению с другими процессами. При средних значениях Е/п основная часть энергии разряда идёт на наработку электронно-возбуждённых состояний молекул. На диссоциацию прямым электронным ударом уходит около 10/энергии разряда в диапазоне Е/п = 500 -г 2000 Td. В условиях нашего эксперимента поля достигали значения порядка нескольких кТд. При этих условиях основная часть энергии уходит в возбуждение электронных состояний, диссоциацию и ионизацию газа.

Практически весь атомарный кислород, наработанный в течение разряда, конвертирует в озон в течении нескольких микросекунд. Таким образом, чтобы проанализировать эффективность наработки озона мы должны проанализировать диссоциацию молекулярного кислорода в разряде. Основные процессы, ведущие к наработке атомарного кислорода, которые были рассмотрены при моделировании включали в себя формирование электронно-возбуждённых молекул iVj и последующее тушение молекулами Ог и прямая диссоциация молекул Ог электронным ударом, происходящая через электронно-возбуждённые состояния.

Рисунок 11 показывает сравнение экспериментальных результатов с результатами моделирования концентрации атомарного кислорода. Ошибка, отложенная на кривой (2), вызвана погрешностью определения электрического поля в эксперименте.

Рис. 11: Зависимость концентрации озона от давления. 17 = 12 кВ, Т — 20° С. 1) экспериментальные результаты, 2) результат расчёта с использованием экспериментальных значений приведённого поля, энерговклада и объёма.

Данная аппроксимация даёт возможность даёт возможность оценить концентрацию озона, исходя из элементарных процессов и сделать вывод, что при высоких значениях Е/п (порядка 1 кТд) определяющим процессом с точки зрения потери энергии становится ионизация молекул азота.

Щ + 02 - N. + 0+; (2)

О} + 02 + М->0+ + М; (3)

0\ + е - О + О; (4)

ОХ + е -> 02 + 02. (5)

Для анализа наработки озона в разряде необходимо проанализировать ионную кинетику и наработку атомарного кислорода, происходящую в процессах конверсии ионов. Единственный канал наработки атомарного кислорода из ионов - это диссоциативная рекомбинация молекулярного иона (4). Основной ион, нарабатываемый электронным ударом в разрядной фазе это молекулярный ион азота, но процесс быстрой перезарядки (2) ведёт к формированию ионов молекулярного кислорода. Механизмы (2) и (4) приводят к конверсии ионов 0% в атомы кислорода. Конверсия ионов молекулярного кислорода в комплексные ионы О4 (3) - наиболее важный канал, конкурирующий с этим процессом. Этот процесс очень быстр при Р = 1 атм и ведёт к смене основного иона с (?2 на О4. Диссоциативная рекомбинация комплексных ионов не может приводить к формированию атомов (5). Таким образом, механизмы (3) и (5) препятствуют формированию атомарного кислорода в разряде.

В настоящей работе была использована модель [9] для оценки динамики рекомбинации плазмы в послесвечении разряда. Это позволило проанализировать роль различных механизмов рекомбинации и выявить влияние формирования ионов в разряде на наработку атомарного кислорода. Показано, что при низкой температуре ионизация газа не ведёт к диссоциации благодаря очень быстрой

конверсии ионов в комплексные ионы (3) и их диссоциативной рекомбинации (5). Это значит, что при очень высоких значениях £/п в разряде эффективность диссоциации кислорода и наработка озона должны быть меньше, чем при средних значениях Е/п. Увеличение значения Е/п от 600 до 1500 Td приводит к уменьшению наработки озона в 3 раза в исследуемом диапазоне давлений.

Пятая глава является заключением, в котором формулируются основные результаты и выводы диссертации.

Основные результаты и выводы диссертации:

1 Выводы

Проведены систематические измерения динамики развития импульсных наносекуцдных разрядов в диапазоне давлений 100 Topp - 2 атмосферы в различных геометриях разрядных промежутков. Получены электродинамические, пространственно-временные и оптические характеристики разряда. Получены данные о кинетике химических реакций в послесвечении плазмы и кинетике термализации системы. Проведена верификация гидродинамических моделей описания импульсных разрядов в широком диапазоне параметров.

1. Получены уникальные экспериментальные данные по внутренней структуре головки стримера, скорости его распространения, электродинамическому и излучательному диаметрам канала стримера в зависимости от давления и напряжения. Показано, что структура волны ионизации головки стримера характеризуется двумя радиусами различной физической природы. Один из них, излучательный, характеризует область максимального возбуждения триплетных состояний молекулы азота. Второй, электродинамический, показывает область проводимости канала за фронтом волны ионизации. В типичных условиях эксперимента электродинамический радиус превышает излучательный в 1.5 - 2 раза.

2. Детально исследована структура и динамика развития стримерной вспышки, инициируемой длинным импульсом (400 не) с коротким фронтом (11 не). Показано, что вторичные стримерные волны развиваются по предварительно неионизовапной области. Получена зависимость длины ветвления катодонаправленного стримера от давления и напряжения. Показано, что длина ветвления зависит от Е/р экспоненциально.

3. Проведена экспериментальная верификация двумерных численных моделей уединённого катодонаправленного стримера в гидродинамическом приближении. Показано, что модель количественно описывает как макропараметры, такие как скорость движения, световой диаметр, так и тонкую структуру стримера. В частности, экспериментально показано, что

нелокальные и нестационарные эффекты формирования ФРЭЭ не оказывают существенного влияния на распространение уединённого катодонаправленного стримера. При указанных приближениях модель предсказывает все измеренные характеристики стримерного разряда с точностью около 15% при давлениях выше 0.5 атмосферы, и не хуже 40% при давлении 0.2-0.5 атмосферы. Проведен анализ влияния коэффициента ионизации электронным ударом и фотоионизации на развитие стримерного разряда. Показано, что изменение а на 20% приводит к увеличению скорости на 15%, а изменение скорости фотоионизации на порядок величины - к изменению светового и электродинамического радиуса на 35%.

4. Экспериментально исследована структура и динамика развития импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Измерены скорость движения фронта ионизации по поверхности, линейные размеры разряда, значение электрического поля, энерговклад и концентрация озона. Показано, что развитие наносекундного разряда содержит две фазы: волну ионизации, соответствующую зарядке поверхности, и волну ионизации, соответствующую разрядке. Показано, что величина приведённого электрического поля в импульсном скользящем разряде на порядок превышает порог пробоя в газе, и линейно уменьшается при повышении давления.

5. Методом абсорбционной спектроскопии измерена концентрация озона в широком диапазоне давлений в послесвечении импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Показано, что при высоких Ejn в скользящем разряде генерация озона существенно подавлена из-за большого энерговклада в ионизацию и низкой эффективности конверсии ионов а атомарный кислород при низких температурах. Формирование комплексных ионов Of в цепи перезарядки (N£+02 —*N2+0}, О^+Ог+М—Ю^+М) и их рекомбинация (О4 +е—>Ог+ О2) ведёт к релаксации плазмы без формирования атомарного кислорода и наработки озона.

Экспериментально исследована динамика спектра излучения импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Показано, что значительная доля энергии разряда термализуется на временах порядка 1 мке в процессе электрон-ионной рекомбинации, диссоциации с образованием "горячих"атомов и вращательно-поступательной релаксации верхних колебательных уровней при столкновениях с атомами. Экспериментально показано, что в случае анодонаправленного разряда термализуется от 45 до 55 процентов энергии. В случае катодонаправленного разряда - от 50 до 80-ти процентов.

Список литературы

[1] Bletzinger P., Ganguly B.N., VanWie D., and. Gorscadden A. Plasmas in high speed aerodynamics // J. Phys. D: Appl. Phys.-2005-Vol. 38 R33-R57

[2] Moreau E. Airflow control by non-thermal plasma actuators. // J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 605-636

[3] Opaits D.F., Iioupassov D.V., Saddoughi S.G., Starikovskaia S.M., Zavialov I.N., Starikovskii A. Yu. Plasma Control of Boundary Layer Using Low-Temperature Non-equilibrium Plasma of Gas Discharge. // 43-rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2005. Reno, Nevada, USA, paper AIAA 2005-1180, 2005.

[4] D.V. Roupassov, A. A. Nikipelov, M.M. Nudnova, A.Yu. Starikovskii Folw separation control by plasma actuator with pulse nanosecond periodic discharge// AIAA Journal.-2009-Vol. 47 no.l, P. 168-185.

[5] Pancheshnyi S.V., Sobakin S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Two-dimensional Numerical Modelling of the Cathode-directed Streamer Development in a Long Gap at High Voltage//J.Phys.D.:Appl.Phys.-2003-V.36-P.2683

[6] M В Zheleznyak, A Kh Mnatsakanyan, and S V Sizykh Photoionization of Nitrogen-Oxygen Mixtures by Emission from a Gas Discharge // Teplofiz. Vys. Temp.-1982-Vol. 20 423.

[7] Phelps A. V., Pitchford L.C. Anisotropic Scattering of Electrons by N2 and its effect on electron transport 11 Phys. Rev. A.-1985-Vol. 31, P. 2932.

[8] C.O.Laux Radiation and Nonequilibrium Collisional-Radiative Models // von Karman Institute Lecture Series 2002-07, Physico-Chemical Modeling of High Enthalpy and Plasma Flows, eds. D. Fletcher, J.-M. Charbonnier, G.S.R. Sarma, and T. Magin, Rhode-Saint-Gennse, Belgium, 2002.

[9] N L Aleksandrov, S V Kindysheva, A A Kirpichnikov, IN Kosarev, S M Starikovskaia and A Yu StarikovskiiPlssma decay in N2, CO2 and H^O excited by high-voltage nanosecond discharge. J. Phys. D: Appl. Phys.-2007-Vol.40, No 15, 4493-4502.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. D. V. Roupassov, А.А. Nikipelov, M.M. Nudnova, A. Yu. StarikovskiiFo\w separation control by plasma actuator with pulse nanosecond periodic discharge// American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal.-2009-Vol. 47 no.l, pp. 168-185.

2. A. Starikovskii, N. Anikin, I. Kosarev, E. Mintoussov, M. Nudnova, A. Rakitin, D. Roupassov, S. Starikovskaia, V. Zhukov Nanosecond-Pulsed Discharges for PlasmaAssisted Combustion and Aerodynamics // Journal of Propulsion and Power-2008-0001-1452, Vol.24, no. 6, pp. 1182-1197.

3. M.M.Nudnova and A. Yu.Starikovskii Streamer head structure: role of ionization and photoionization // J. Phys. D: Appl. Phys.-2008-Vol.41, pp. 23 234003.

4. M.M.Nudnova, A. Y.Starikovskii Development of Streamer Flash Initiated by HV Pulse With Nanosecond Rise Time // IEEE Transactions on Plasma Science-2008-Vol.36, Issue 4, Part 1, pp. 896-897.

5. S.M.Starikovskaia, E.N.Kukaev, A.Y.Kuksin, M.M.Nudnova, A. Y.Starikovskii Combustion Initiated by Nonequilibrium Plasma // IEEE Transactions on Plasma Science-2008-Vol.36, Issue 4, Part 1, pp. 904 - 905.

6. S.Pancheshnyi, M.Nudnova, and A.Starikovskii Combustion Initiated by Nonequilibrium Plasma // Development of a cathode-directed streamer discharge in air at different pressures: Experiment and comparison with direct numerical simulation-2005-Vol.71, 016407.

7. M.M. Нуднова, А.В. Красночуб, А.Ю. Стариковский Ветвление стримерного разряда в воздухе в широком диапазоне давлений и напряжений // IV международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии, Иваново, Россия, 2005, Т. 1, с. 147-150.

8. S.M.Starikovskaia, E.N.Kukaev, A.Yu.Kuksin, M.M.Nudnova, A.Yu.Starikovskii Combustion Initiated by Nonequilibrium Plasma // Analysis of the spatial uniformity of the combustion of a gaseous mixture initiated by a nanosecond discharge-2004-Vol.l39, pp. 177-187.

9. S.M.Starikovskaia, E.N.Kukaev, A.Yu.Kuksin, M.M.Nudnova, A.Yu.Starikovskii Combustion Initiated by Nonequilibrium Plasma // Analysis of the spatial uniformity of the combustion of a gaseous mixture initiated by a nanosecond discharge-2004-Vol.l39, pp. 177-187.

10. A.Nikipelov, M.Nudnova, D.Roupassov, A.Starikovskiy Acoustic Noise and Flow Separation Control by Plasma Actuator // 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, Orlando, Florida, Jan. 5-8, 2009, AIAA-2009-695.

11. D. Roupassov, M. Nudnova, A. Nikipelov, A. Starikovskii. Sliding DBDSliding DBD for Airflow Control: Structure and Dynamics 11 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 7-10 Jan 2008 Grand Sierra Resort Hotel Reno, Nevada. Paper AIAA-2008-1367.

12. D. M.M. Nudnova, D.V. Roupassov, A.Yu.Starikovskii, S.G.Saddoughi Investigation of Pulse Nanosecond Discharge in Different Geometries // 37th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, to occur 25 - 28 June 2007 in Miami, FL.

13. D. M.Nudnova, A. Yu.Starikovskii Investigation of Streamer Head Structure // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 8-11 Jan 2007 Grand Sierra Resort Hotel Reno, Nevada. Paper AIAA-2007-0996.

14. A. V.Krasnochul, M.M.Nudnova, A. Yu.Starikovskii Cathode-Directed Streamer Development in Air at Different Pressures // 43-rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2005. Reno, Nevada, USA, paper AIAA 2005-1196.

15. M.M.Nudnova, S. V.Pancheshnyi, A. Yu.StarikovskiiNonequilibrium Plasma Formation by High-Voltage Pulsed Nanosecond Gas Discharge at Different Pressures // 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, 2004.

Нуднова Мария Михайловна

Динамика и структура волн ионизации в наносекундном диапазоне при высоких перенапряжениях в различных конфигурациях разряданого промежутка

Автореферат

Подписано в печать 20.03.2009. Формат 60 х 84 'Дб- Печать офсетная. Усл. печ. л. 1.0. Уч.- изд. л. 1,0. Тираж 70 экз. Заказ № 15.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский физико-технический институт (государственный университет) Издательский сектор оперативной полиграфии НИЧ 141700, Моск. обл., г.Долгопрудный, Институтский пер., 9

Оглавление

1 Обзор литературы

1.1 Стримерный разряд.

1.1.1 Экспериментальные методы.

1.1.2 Пространственно-временные и электродинамические характеристики

1.1.3 Измерение поля и динамики наработки активных частиц.

1.1.4 Численное моделирование стримерного разряда.

1.1.5 Процессы фотоионизации, ионизации электронным ударом и начальная предионизация промежутка.

1.1.6 Ветвление стримерной вспышки.

1.2 Импульсный барьерный разряд, скользящий по поверхности.

1.2.1 Экспериментальное исследование скользящего разряда.

1.2.2 Измерение температуры.

1.3 Состояние проблемы и актуальные задачи.

2 Постановка задачи и структура работы

2.1 Цели работы и основные результаты.

3 Исследование стримерного разряда

3.1 Экспериментальное оборудование.

3.1.1 Разрядная секция.

3.1.2 Параметры высоковольтного импульса.

3.1.3 Электродинамические характеристики.

3.1.4 Пространственно-временные характеристики.

3.1.5 Спектр излучения стримерного разряда.

3.2 Экспериментальные результаты.

3.2.1 Ветвление стримерной вспышки.

3.2.2 Распространение разряда, инициированного длинным импульсом с наносекундным фронтом.

3.2.3 Измерение скорости распространения стримера

3.2.4 Электро-дииамические характеристики вспышки.

3.2.5 Излучательнын и электродинамический радиус.

3.2.6 Методика измерения электродинамического диаметра канала.

3.3 Сравнение с прямым численным моделированием.

3.3.1 Диффузионно-дрейфовая модель распространения стримерного разряда

3.3.2 Электродинамические характеристики.

3.3.3 Скорость распространения стримера.

3.3.4 Излучательный и электродинамический радиусы канала стримера.

3.3.5 Возбуждение излучающих состояний.

ОГЛАВЛЕНИЕ

3.4 Роль процессов фотоионизации, ионизации электронным ударом. Концентрация затравочных электронов.

3.4.1 Фотоионизация газа.

3.4.2 Ионизация электронным ударом

3.5 Основные результаты исследования стримерного разряда.

4 Импульсный барьерный разряд, скользящий по поверхности

4.1 Инициирование скользящего разряда. Измерение электродинамических характеристик.

4.1.1 Инициирование скользящего разряда.

4.1.2 Высоковольтный импульс. Контроль параметров.

4.2 Измерение пространственно-временных характеристик скользящего разряда

4.3 Восстановление структуры разряда по динамике излучения на выделенных переходах

4.4 Спектроскопические методики измерения.

4.4.1 Восстановление напряженности электрического поля в разряде.

4.4.2 Измерение температуры по вращательному спектру излучения

4.4.3 Измерение концентрации озона.

4.5 Экспериментальные результаты.

4.5.1 Энерговклад.

4.5.2 Электрическое поле.

4.5.3 Структура излучения разряда.

4.5.4 Толщина излучающего слоя в случае 7-нс импульса.

4.5.5 Эффективный объём энерговыделения.

4.5.6 Получение температуры из спектров излучения.

4.5.7 Измерение временной динамики роста температуры.

4.5.8 Сравнение с другими результатами измерения доли быстро-термализующепся энергии.

4.5.9 Концентрация озона

4.5.10 Численное моделирование наработки озона.

4.5.11 Распределение энергии разряда в различные процессы.

4.5.12 Сравнение экспериментальных и теоретических результатов наработки озона

4.6 Основные результаты исследования наносскундных скользящих разрядов.

5 Выводы

4.6 Основные результаты исследования наносекундных скользящих разрядов

1. В работе был исследован процесс распространения импульсного скользящего наносекундного разряда. Показано, что анодонаправленный разряд имеет более стратифицированную структуру, чем анодонаправленный. На основе профилей излучения скользящего разряда проанализировано распределение энерговклада по поверхности электродов. Показано, что значительная доля энерговыделения происходит у кромки открытого электрода. Показано, что развитие наносекундного разряда содержит две фазы: волну ионизации, соответствующей зарядке поверхности, и волну ионизации, соответствующей разрядке.

Измерены электродинамические характеристики разряда. Типичные значения энерговыделения в разряде составили 3-10 мДж для 7-нс и 5-25 мДж для

22-х наносекундного импульса при 10 см длине электродов. Показано, что энерговыделение в разряде слабо зависит от полярности. По отношению излучения полос №2(С3Пи, V = 0) и ^(В2^^ = 0) измерено значение приведённого электрического поля. Значение Е/п составляет 850 Тд при атмосферном давлении и увеличивается до значения 1100 Тд для давления 220 Торр. В случае катодонаправленного разряда величина приведённого поля составила 1200 Тд для атмосферного давления.

2. Методом абсорбционной спектроскопии измерена концентрация озона в широком диапазоне давлений. Типичная концентрация озона при напряжении 12 кВ при атмосферном давлении составляет 1015 см 3. Показано, что при высоких значениях Е/п в плазме импульсного скользящего наносекундного разряда наработка озона существенно меньше, чем в разрядах, распространяющих при меньших полях. Это связано с уменьшением скорости диссоциации молекулярного кислорода при значениях Е/п порядка 1 кТд.

Были рассмотрены каналы реакций, приводящие к наработке атомарного кислорода в разряде. В результате сравнения концентрации наработки озона с концентрацией атомов О сделан вывод, что основным механизмом, приводящим к подавлению наработки озона является увеличения энерговклада в ионизацию газа. Формирование комплексных ионов 0| в цепи перезарядки (Г^+Ог —*М2-;-02 ) О^+Ог+М-Ю^+М) и их рекомбинация (0|+е—Ю2+ 02) ведёт к потере энергии разряда без формирования атомарного кислорода и наработки озона.

3. Получены профили излучения первой положительной системы молекулярного азота К2(С3Пи,г; = 0) —► М2(.В3П5,г; = 0) (А = 337.1 нм). На основе профилей восстановлена поступательная температура газа на фазе разряда и в его ближнем послесвечении. Показано, что значительная доля энергии разряда термализуется на временах порядка 1 мкс в процессе электрон-ионной рекомбинации, диссоциации с образованием "горячих"атомов и вращательно-поступательной релаксации верхних колебательных уровней при столкновениях с атомами. Экспериментально показано, что в случае анодонаправленного разряда при атмосферном давлении быстро термализуется от 45 до 55 процентов энергии. В случае катодонаправленного разряда эта величина составляет от 50 до 80-ти процентов. по

Глава 5 Выводы

Проведены систематические измерения динамики развития импульсных наносекундных разрядов в диапазоне давлений 100 Topp - 2 атмосферы в различных геометриях разрядных промежутков. Получены электродинамические, пространственно-временные и оптические характеристики разряда. Получены данные о кинетике химических реакций в послесвечении плазмы и кинетике термализации системы. Проведена верификация гидродинамических моделей описания импульсных разрядов в широком диапазоне параметров.

1. Получены уникальные экспериментальные данные по внутренней структуре головки стримера, скорости его распространения, электродинамическому и излучательному диаметрам канала стримера в зависимости от давления и напряжения. Показано, что структура волны ионизации головки стримера характеризуется двумя радиусами различной физической природы. Один из них, излучательный, характеризует область максимального возбуждения триплетных состояний молекулы азота. Второй, электродинамический, показывает область проводимости канала за фронтом волны ионизации. В типичных условиях эксперимента электродинамический радиус превышает излучательный в 1.5 - 2 раза.

2. Детально исследована структура и динамика развития стримерной вспышки, инициируемой длинным импульсом (400 не) с коротким фронтом (11 не). Показано, что вторичные стримерные волны развиваются по предварительно неионизованной области. Получена зависимость длины ветвления катодонаправленного стримера от давления и напряжения. Показано, что длина ветвления зависит от Е/р экспоненциально.

3. Проведена экспериментальная верификация двумерных численных моделей уединённого катодонаправленного стримера в гидродинамическом приближении. Показано, что модель количественно описывает как макропараметры, такие как скорость движения, световой диаметр, так и тонкую структуру стримера. В частности, экспериментально показано, что нелокальные и нестационарные эффекты формирования ФРЭЭ не оказывают существенного влияния на распространение уединённого катодонаправленного стримера. При указанных приближениях модель предсказывает все измеренные характеристики стримерного разряда с точностью около 15% при давлениях выше 0.5 атмосферы, и не хуже 40% при давлении 0.20.5 атмосферы. Проведен анализ влияния коэффициента ионизации электронным ударом и фотоионизации на развитие стримерного разряда. Показано, что изменение а на 20% приводит к увеличению скорости на 15%, а изменение скорости фотоионизации на порядок величины - к изменению светового и электродинамического радиуса на 35%.

4. Экспериментально исследована структура и динамика развития импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Измерены скорость движения фронта ионизации по поверхности, линейные размеры разряда, значение электрического поля, энерговклад и концентрация озона. Показано, что развитие наносекундного разряда содержит две фазы: волну ионизации, соответствующую зарядке поверхности, и волну ионизации, соответствующую разрядке. Показано, что величина приведённого электрического поля в импульсном скользящем разряде на порядок превышает порог пробоя в газе, и линейно уменьшается при повышении давления.

5. Методом абсорбционной спектроскопии измерена концентрация озона в широком диапазоне давлений в послесвечении импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Показано, что при высоких Е/п в скользящем разряде генерация озона существенно подавлена из-за большого энерговклада в ионизацию и низкой эффективности конверсии ионов а атомарный кислород при низких температурах. Формирование комплексных ионов О4" в цепи перезарядки (N^+02 ^N2+0^, О^+Ог+М—Ю4+М) и их рекомбинация (0|+е-Ю2+ 02) ведёт к релаксации плазмы без формирования атомарного кислорода и наработки озона.

Экспериментально исследована динамика спектра излучения импульсного барьерного скользящего наносекундного разряда. Показано, что значительная доля энергии разряда термализуется на временах порядка 1 мкс в процессе электрон-ионной рекомбинации, диссоциации с образованием "горячих"атомов и вращательно-поступательной релаксации верхних колебательных уровней при столкновениях с атомами. Экспериментально показано, что в случае анодонаправленного разряда термализуется от 45 до 55 процентов энергии. В случае катодонаправленного разряда - от 50 до 80-ти процентов. Ъ

Благодарности

Данная работа выполнена в Московском физико-техническом институте в лаборатории физики неравновесных систем. Автор выражает благодарность за плодотворную работу всему коллективу Лаборатории. Автор особенно признателен научному руководителю лаборатории Стариковскому Андрею Юревичу и научным руководителям на ранних этапах работы: Пончешному Сергею Валериевичу и Красночубу Александру Владимировичу. Хотелось бы отметить значимую роль в формировании мировоззрения автора коллектива преподавателей МФТИ и коллектива преподавателей лицея Белорусского государственного университета, в частности преподавателей физики Лавриненко Александра Владимировича и Марковича Леонида Григорьевича. Особую благодарность автор выражает родителям Михаилу Михайловичу и Татьяне Викентьевне.

1. Loeb L.B. Cravath A.M.// Physics-1935- Vol.6 P. 125

2. Meek J.M, Loeb L.5.//J.appl.Phys.-1940- Vol.11, P.438-59

3. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах.-М.:Мир,1968.

4. Е. М. van Veldhuizen, Р. С. М. Kemps, and W. R. RutgersStreamer Branching in a Short Gap: The Influence of the Power SuPPly//IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE -2002 VOL. 30, NO. 1, FEBRUARY

5. Veldhuizen van E.M. and Rutgers W.R. Inception behaviour of pulsed positive corona in several gases//J.Phys.D: Appl.Phys.-2003-Vol.36

6. T.M.P. Breals, J. Kos,E. M. van Veldhuizen and U. Ebert Positive and negative streamer in ambient air: measuring diameter, velosity, and dissipated energy// J.Phys.D:Appl.Phys.-2008-Vol.41, 234004

7. Briels T M P, van Veldhuizen E M and Ebert U Positive streamers in air and nitrogen of varying density: experiments on similarity laws// J.Phys.D:Appl.Phys.-2008-Vol.41, 234008

8. Winands G J J, Liu Z, Pemen A J M, van Heesch E J M and Yan К Analysis of streamer properties in air as function of pulse and reactor parameters by ICCD photography// J.Phys.D: Appl.Phys.-2008-Vol.41, 234001

9. Won J Yi and Williams P F Experimental study of streamers in pure N2 and N2/02 mixtures and a=13 cm gap // J. Phys. D: Appl. Phys.-2002-Vol.35, 205

10. Spyrou N., Manassis C. Spectroscopic Study of a Positive Streamer in a Point-to-Plane Discharge in Air: Evaluation of thex Electric Field Distribution //J.Phys.D: Appl.Phys. 22 (1989) 120.

11. Shcherbakov Yu V and Sigmond R S Subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges. I: Basic experimental results//Journal of Physics D: Applied Physics. (2007) 40 460-73.

12. Pancheshnyi S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu Measurement of the quenching rate constants of the /с and /b states by the molecules N2, О2 and CO in nanosecond discharge afterglow // Plasma Physics Reports.-1997-V.23-P.664-9

13. Pancheshnyi S V, Sobakin S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu Dynamics of the population of the electronic states of molecular nitrogen and the structure of a fast ionization wave//Plasma Physics Reports.-1999-V.25-P.326

14. Pancheshnyi S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu Population of nitrogen molecule electron states and structure of the fast ionization wave//J. Phys. D: Appl. Phys.-1999-V.32-P.2219-27

15. Pancheshnyi S. V., Sobakin S. V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A. Yu. Discharge Dynamics and the Production of Active Particles in a Cathode-Directed Streamer//Plasma Physics Reports.-2000-V.26-P.1054

16. Pancheshnyi S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Collisional Deactivation of No(C3nu,v = 0,1,2,3) States by N2, 02, H2, and H20 Molecules

17. Chemical Physics.-2000-V.262-349.

18. Александров H.JI., Базс.иян Э.М., Кочетов И.В., Охримовский A.M. Скорости неупругих процессов в переменном электрическом поле в воздухе // Физика плазмы,-1998-Т. 24, с. 662.

19. Babaeva N. Yu. and Naidis G. V. Two-dimensional modelling of positive streamer dynamics in non-uniform electric fields in air //J.Phys.D:Appl.Phys.-1996-V.29 2423

20. Pancheshnyi S.V., Sobakin S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Two-dimensional Numerical Modelling of the Cathode-directed Streamer Development in a Long Gap at High Voltage//J.Phys.D.:Appl.Phys.-2003-V.36-P.2683

21. S V Pancheshnyi Role of electronegative gas admixtures in streamer start, propagation and branching phenomena

22. Plasma Source Sci. Technol.-2006-Vol.14, 245-263.

23. Liu N, Crelestin S, Bourdon A, Pasko V P, Sregur P and Marode E Application of pho-toionization models based on radiative transfer and the Ilelmholtz equations to studies of streamers in weak electric fields// Appl. Phys. Lett. Vol.91 (2007) 211501.

24. Bourdon A, Pasko VP, Liu N Y, Crelestin S, Sregur P and Marode E Efficient models for photoionization produced by non-thermal gas discharges in air based on radiative transfer and the Helmholtz equations // J.Phys.D: Appl.Phys. Vol.16 (2007) 656.

25. Liu N and Pasko V P Effects of photoionization on propagation and branching of positive and negative streamers in sprites//J. Geophys. Res. -2004-Vol.109, A04301

26. Luque A, Ebert U, Montijn C and Hundsdorfer W Photoionisation in negative streamers: fast computations and two propagation modes// Appl. Phys. Lett. Vol.90 (2007) 081501.

27. Sregur P, Bourdon A, Marode E, Bessieres D and Paillol J H The use of an improved Eddington approximation to facilitate the calculation of photoionization in streamer discharges// Sources Sci. Technol. Vol.15 (2006) 648.

28. Naidis C.V. Simulation of Streamer-to-Spark Transition in Short Non-Uniform Air Gaps // J.Phys.D: Appl.Phys. 32 (1999) 2649.

29. Naidis G. V. Simulation of spark discharges in high-pressure air sustained by repetitive high-voltage nanosecond pulses // J.Phys.D: Appl.Phys. Vol.41 (2008) 234017.

30. Pancheshnyi S. V., Lacoste D.A., Bourdon A., Laux C.O. Ignition of propane-air mixtures be repetitively pulsed nanosecond discharge// IEEE Trans. Plasma Sci. (2008) 34 2478.

31. Aleksandrov N L, Okhrimovskyy A M J. Phys. D.: Appl. Phys.-2001-Vol. 34, P. 1624.

32. Dutton J // J.Phys.Chem.Ref.Data-1975-V. 3.

33. Wagner K II// Z.Phys.-1961-Vol. 241, P. 258.

34. H Teich // Zeitschrift fur Physik-1967-Vol. 199, P. 395.

35. Penney G W and Hummert G T J. Appl. Phys.-1970-Vol. 41, P. 572.

36. Przybilski A // Z. Naturf.-1969-Vol. 16, P. 1232-7.

37. M B Zheleznyak, A Kh Mnatsakanyan, and S V Sizykh, Photoionization of Nitrogen-Oxygen Mixtures by Emission from a Gas Discharge // Teplofiz. Vys. Temp.-1982- Vol. 20 423.

38. G V Naidis On photoionization produced by discharges in air// Plasma Source Sci. Technol.-2005-Vol.15, P.253-255.

39. Aints M, Haliaste A, Roots L 2002 Proc. 8th Int. Symp. on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry (Tartu, Estonia).

40. Aints M 2007 Private communication.

41. S. Pancheshnyi, M. Nudnova, and A. Starikovskii Development of a cathode-directed streamer discharge in air at different pressures: Experiment and comparison with direct numerical simulation // Physical Review E.-2005-Vol. 71 016407.

42. Streamer, sprites and lighning //J.Phys.D: Appl.Phys. Cluster issue-2008-Vol. 41

43. Bletzinger P., Ganguly B.N., VanWie D., and Garscadden A. Plasmas in high speed aerodynamics // J. Phys. D: Appl. Phys.-2005-Vol. 38 R33-R57

44. Moreau E. Airflow control by non-thermal plasma actuators. //J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 605-636

45. Klimov A.I., Koblov A.N., Mishin G.I., Serov Yu.L., and Yavor LP. Shock wave propagation in a glow discharge // Sov. Tech. Phys. Lett.-1982-Vol. 8, P. 192-194.

46. Meyer R., Palm P., Ploenjes E., Rich J.W. and Adamovich I.V. Nonequilibrium Radio Frequency Discharge Plasma Effect on a Conical Shock Wave: M=2.5 Flow // AIAA Journal-2003-Vol. 41, №5, pp. 465-469

47. Macheret S.O., Ioiukh Y.Z., Chernysheva N.V., Yalin A.P., Martinelli L., and Miles R.B. Shock Wave Propagation and Dispersion in Glow Discharge Plasmas // Physics of Fluids-2003-Vol. 13, №9, pp. 2693-2705.

48. Khorunzhenko V.I., Roupassov D. V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A. Yu. Hypersonic Shock Wave — Low Temperature Nonequilibrium Plasma Interaction 11 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit-2003-AIAA2003-5048.

49. Opaits D.F., Roupassov,D.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Shock Wave Interaction With Nonequilibrium Plasma of Gas Discharge // 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, 2004.

50. Shang,J.S. Plasma injection for hypersonic blunt body drag reduction // AIAA Journal-2002-Vol. 40(6), P. 1178-1186.

51. Kolesnichenko Yu.F., Brovkin V.G., Khmara D.V., Lashkov V.A., Mashek I.Ch. and Ryvkin M.I. Fine Structure of MW Discharge: Evolution Scenario // 4th Int. Workshop on Thermochemical and Plasma Processes in Aerodynamics. 2004.

52. Velkoff II. and Ketchman J. Effect of an electrostatic field on boundary layer transition // AIAA Journal-1968-Vol. 16, P. 1381-3.

53. Yabe A., Mori Y. Hijikata K. EIID study of the corona wind between wire and plate electrodes // AIAA Journal-1968-Vol.16, P.340-5.

54. Leger L., Moreau E., Artana G. and Touchard G. Influence of a DC corona discharge on the airflow along an inclined flat plate // J. Electrostat.-2001-Vol. 50-51, P. 300-6.

55. Leger L., Moreau E. and Touchard G. Control of low velocity airflow along a flat plate with a DC electrical discharge // Proc. IEEE-IAS World Conf. on Industrial Applications of Electrical Energy (Chicago, USA, 30 September 4 0ctober)-2001.

56. Moreau E., Labergue A. and Touchard G. DC and pulse surface corona discharge along a PMMA flat plate in air: electrical properties and discharge-induced ionic wind // J. Adv. 0xydation-2005-vol. 8, P. 241-7, P. 595-604.

57. Roth J.R., Sherman D.M. and Wilkinson S.P. Boundary layer flow control with a one atmosphere uniform glow discharge surface plasma //AIAA Meeting (Reno, USA, January 1998) paper N98-0328.

58. Roth J.R. Electrohydrodynamically induced airflow in a one atmosphere uniform glow discharge surface plasma // 25th IEEE Int. Conf. Plasma Science (Raleigh, USA)-2008.

59. Roth J.R., Sherman D.M. and Wilkinson S.P. Electrohydrodynamic flow control with a glow discharge surface plasma // AIAA J.-2008-Vo. 38, P. 1172-9.

60. Allegraud K., Guaitella O. and Rousseau A. Spatio-temporal breakdown in surface DBDs: evidence of collective effect // J. Phys. D: Appl. Phys.-2007-Vol.40, P. 7698-7706.

61. Gregory J. W., Enloe C.L., Font G.I., and McLaughlin T.E. Force Production Mechanisms of a Dielectric-Barrier Discharge Plasma Actuator // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 8 11 January 2007, Reno, Nevada. AIAA 2007-185.

62. Abe T., Takizawa Y., Sato S., Kimura N. A Parametric Experimental Study for Momentum Transfer by Plasma Actuator // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 8-11 January 2007, Reno, Nevada. AIAA 2007-187.

63. Roth J.R., and Dai X. Optimization of the Aerodynamic Plasma Actuator as an Electrohydrodynamic (EIID) Electrical Device // 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 9-12 January 2006, Reno, Nevada.

64. Do H., Kim W., Mungal M.G., Cappelli M.A. Bluff Body Flow Separation Control using Surface Dielectric Barrier Discharges. // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 8 11 January 2007, Reno, Nevada AIAA 2007-939.

65. Lopera J., Сотке Т.С. Aerodynamic Control of 1303 UAV Using Windward Surface Plasma Actuators on a Separation Ramp. // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 8 11 January 2007, Reno, Nevada, AIAA 2007-636.

66. Post M.L., Greenwade S.L., and Yan M.H., Corke T.C., Patel M.P. Effects of an Aerodynamic Plasma Actuator on an HSNLF Airfoil // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 8 11 January 2007, Reno, Nevada. AIAA 2007-638.

67. Patel M.P., Ng T.T., Vasudevan S., Corke T.C., Post M.L., McLaughlin Т.Е., Suchomel C.F. Scaling Effects of an Aerodynamic Plasma Actuator. // 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 8 11 January 2007, Reno, Nevada AIAA 2007-635.

68. Roupassov D.V., Zavyalov I.N., Starikovskii A.Yu., Saddoughi S.G. Boundary Layer Separation Control by Nanosecond Plasma Actuators. // AIAA 2007-4530. Joint Prorulsion Conference, 2007, Miami, Florida.

69. Roupassov D., Nudnova M., Nikipelov A., Starikovskii A. Sliding DBD for Airflow Control: Structure and Dynamics. // 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 7-10 Jan 2008 Grand Sierra Resort Hotel Reno, Nevada. Paper AIAA-2008-1367.

70. Ю.П. Райзер Фзика газового разряда // -М. .-Наука 1987- с. 591.

71. Berdushev,A.V., Kochetov,I.V., and Napartovich,A.P. Molecular gas heating by pulsed MW discharge. // High Temperature (Teplofizika Vysokikh Temperatur).-1988-Vol. 26, № 4, P.661-666.

72. Sigmond R.S., and Lagstadt I.H. Mass and species transport in corona discharges. // High Temp. Chem. Proces.-1993-Vol. 2, P. 221-9, Vol. 71, P. 417-36.

73. Loiseau J.F., Batina J., Noel F., and Peyrous R. Hydrodynamical simulation of the electric wind generated by successive streamers in a point-to-plane reactor. //J. Phys.D: Appl. Phys.-2002-Vol. 35 1020-31.

74. Zouzou N., Mor&au E., and Touchard G. Precipitation electrostatique dans une configuration pointe-plaque. // J.Electrostat.-2006-Vol.64, P. 537-42.

75. Richard M., Dunn-Rankin D., Weinberg F., and Carleton F. Maximizing ion-driven gas flows. //J. Electrostat.-2006-Vol. 64, P. 368-76.

76. Starikovskaia S.M., Anikin N.B., Pancheshnyi S.V., Starikovskii A.Yu. Time resolved emission spectroscopy and its applications to study of pulsed nanosecond high-voltage discharge // Proceedings of SPIE-2002-Vol. 4460, P. 63-73.

77. Очкип H.B., Савинов С.Ю. и Соболев Н.Н. Электронно-возбуждённые молекулы в неравновесной плазме // -М.:Наука-1985.

78. W. U. Yun, L.I. Yinghong, P. U. Yikang, Gang Zhao, Bangqin Cheng, Zhigang Guo Experimental investigation on plasma aerodynamic actuator's emission spectrum characteristics // 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA 2008-1105.

79. Базеляп Э.М, Райзер Ю.П. Искровой разряд // М.: МФТИ-1997-c. 178.

80. Ю.С. Акишев, А.И. Захарченко, И.И. Городничева и др.Нагрев азота в самостоятедбном тлеющем разряде//ПМТФ- 1981. №3. С. 10.

81. Ю.В. Баранов, Ф.И. Высикайло, А.П. Напартович и ф.Контракция распадающейся плазмы разряда в азоте//Физика плазмы. 1978. Т. 4. С. 358.

82. И.Л. Камардин, А.А. Кучинский, В.А. Родичкин и ф.//Теплофизика высоких температур. 1983. Т. 21. С. 224.

83. И.Л. Камардин, А.А. Кучинский, В.А. Родичкин и ^.Исследование нагрева молекулярного азота в импульсном самостоятельном разряде методом голографической интенференции//Теплофизика высоких температур. 1983. Т. 23. С. 653.

84. А.А. Дерюгин, Д.С. Котыъников, И.В. Кочетов и др.//Физика плазмы. 1986. Т. 12. С.1081.

85. Н.Г. Басов, В.Д. Зворыкин, И.Б. Ковш и др.//ЖТФ. 1984. Т. 54. С. 1294.

86. Н.А. Богатое, М.С. Гитлин, С.В. Голубев и др. Определение температуры нейтральной компоненты плазмы газового разряда внутререзонаторной лазерной спектроскопии по линиям поглощения 1+ системы азота.//Физика плазмы. 1979. Т. 13. С. 625.

87. A.B. Бердышев, A.JI. Вихарев, М.С. Гитлин и <9]э.//Теплофизика высоких температур. 1988. Т. 26. С. 661.

88. К.В. Баиадзе, В.М. Вецко, A.C. Жданюк и др.//Физика плазмы. 1979. Т. 5. С. 923.

89. D.I. Slovetskii, A.S. Sokolov // Opt. Spectrosc.-1974-Vol.36, 265 6.

90. D.M. Philips Determination of gas temperature from unresolved bands in the spectrum from a nitrogen discharge//J.Phys.D: Appl.Phys.-1975-Vol.8

91. H.A. Попов Исследование механизма быстрого нагрева азота и воздуха в газовых разрядах//Физика плазмы.-2001-T. 27, №10, с. 940-949.

92. D.V. Roupassov, A.A. Nikipelov, М.М. Nudnova, A.Yu. Starikovskii Folw separation control by plasma actuator with pulse nanosecond periodic discharge// AIAA Journal.-2009-Vol. 47 no.l, P. 168-185.

93. Синкевьч O.A. Ветвление анодонаправленного стримера // Теплофизика высоких температур.-2003-Т. 41., № 5, С. 796.

94. CP AT & Kinema Software, http://www.siglo-kinema.com/bolsig.htm

95. I A Kossyi, A Yu Kostinsky, A A Matveyev, and V P Silakov Kinetic Scheme oh the Non-equilibrium Discharge in Nitrogen-Oxygen Mixtures // Plasma Sources Sei. Technol.-1992-Vol. 1, P. 207.

96. Голант B.E., Жилинский А.П., Сахаров С.А. Основы физики плазмы.//-М.: Атомиздат-1977.

97. Itikawa Y. // Atomic Data and Nuclear Data Tables.-1974-Vol.14.

98. Onda K. // J. Phys. Soc. Japan.-1985-Vol.54, P. 4544.

99. Schulz G.J. // Phys Rev.-1964-Vol.135, P 938.

100. Boness M.J.W., Schulz G.J. // Phys. Rev.-1973-Vol. A8, P. 2883.

101. Cartwright D.C. et al // Phys. Rev. A.-1977-Vol. 16.

102. Rapp D., Englander-Golden P. // J. Chem. Phys.-1965-Vol. 43, P. 3260.

103. Rapp D. et al // J. Chem. Phys.-1965-Vol. 42, P. 4081.

104. Spence D., Bmvow P.D.// J. Phys. B.-1979-Vol. 12, P. 179.

105. Winters H.F. //J. Chem. Phys.-1966-Vol. 44, P. 1472.

106. Phelps A. V., Pitchford L.C. Anisotropic Scattering of Electrons by N2 and its effect on electron transport // Phys. Rev. A.-1985-Vol. 31, P. 2932.

107. В.Г. Самойлов, В.И. Гибалов, К.В. Козлов Физическая химия барьерного разряда.//М.:МГУ-1989-175 с.

108. X. Окабе Фотохимия малых молекул // М.:Мир-1981-500 с.

109. Gregory J, Enloe С, Font G, McLaughlin T Force Production Mechanisms of a Dielectric-Barrier Discharge Plasma Actuator1. AIAA Paper-2007-185.

110. N L Aleksandrov, S V Kindysheva, A A Kirpichnikov, I N Kosarev, S M Starikovskaia and A Yu Starikovskii Plasma decay in iV2, C02 and ЩО excited by high-voltage nanosecond discharge. J. Phys. D: Appl. Phys.-2007-Vol.40, No 15, 4493-4502.