Экспериментальное исследование прикатодной области сильноточных электрических дуг тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Горячев Сергей Викторович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИКАТОДНОЙ ОБЛАСТИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ

01.04.08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

~2т 2ою

Москва-2010

004614927

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Объединённый институт высоких температур РАН.

Научный руководитель

доктор физико-математических наук Чиннов В.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Коссый И.А.;

кандидат физико-математических наук Савинов С.Ю.

Ведущая организация

Физический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Защита состоится "22" декабря 2010 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д 002.110.02 Учреждения Российской академии наук Объединённый институт высоких температур РАН по адресу: 125412, г. Москва, ул. Ижорская, 13, стр. 2, актовый зап.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН. Автореферат разослан " "Мод-сА 2010 г.

© Учреждение Российской академии наук Объединённый институт высоких температур РАН, 2010

Ученый секретарь Диссертационного совета д. ф.-м. н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время плазматроны различных типов находят широкое применение. Например, как источники низкотемпературной плазмы их используют в металлургии, для упрочнения поверхностей металлов, в процессах плазменного напыления материалов и получения мелкодисперсных порошков, для резки металлов и др. В плазмохимии для создания необходимых условий протекания химических реакций используются плазмохимические камеры с одним и более источниками плазмы. В связи с широким применением плазматронов широк и диапазон предъявляемых к ним требований. В некоторых случаях необходим большой энерговклад — до сотен киловатт и больше, или длительная работа на умеренных токах порядка сотен ампер. Длительная работа плазматрона напрямую связана с ресурсом работы отдельных его элементов.

Одним из ресурсоёмких элементов конструкции является термоэмиссионный катод, основным его преимуществом является возможность достижения при определенных условиях рекордно малых величин удельной эрозии материала катода (10"12 - 10"пкг/Кл).

Представленная работа направлена на изучение процессов, происходящих на поверхности вольфрамового катода, и основных механизмов уноса материала катода в сильноточной азотной дуге, а также выработка по результатам исследований рекомендаций по увеличению ресурса вольфрамового катода в сильноточных азотных дугах.

Другим существенным вопросом является вопрос о параметрах плазмы, достигаемых в плазматролах. В диссертации развиваются методы экспериментального исследования параметров прикатодной области сильноточного дугового разряда в. плазматроне с использованием 2И -спектроскопии. Представлены результаты по прямому измерению локальных значений пе и Те сильноионизованной азотной плазмы.

Цель настоящей работы заключалась в экспериментальном исследовании области взаимодействия «эмитирующий катод -силыюионизованная движущаяся прикатодная плазма». Именно эта область интересна для исследования параметров плазмы, так как она определяет полную и удельную электрическую мощность, степень и эффективность нагрева плазмы, ресурс работы плазматрона [1]. На основе технологического плазматрона ОИВТ РАН [2] была создана группа исследовательских плазматронов с секционированным и сплошным каналами выходного

электрода, с оптическими окнами для наблюдения катода и прикатодной плазмы и области горения дуги.

В качестве основных диагностических средств исследования применялись высокоскоростные цветные и монохроматические видеокамеры, а также система спектральных измерений, в состав которой вошли дифракционный спектрограф ДФС - 452 и фотоприёмные устройства двух типов: ПЗС линейки или охлаждаемая ПЗС матрица. В диссертации решались следующие задачи:

• разработка системы оптических и спектральных исследований области взаимодействия «катод — прикатодная плазма» в сильноточной электрической дуге в составе высокоскоростных видеокамер и дифракционного спектрографа с ПЗС матрицей;

• выполнение скоростной визуализации поверхности вольфрамового -термоэмиссионного катода и прилегающей к нему плазмы аргона и азота с плотностями тока 10-100 кА/см2;

• получение результатов по величине эрозии катода и исследование её механизмов в ходе ресурсных испытаний катода из спечённого вольфрама;

• оптимизация геометрии вольфрамового катода, учитывающая различные назначения плазматроно'в;

• развитие методических основ использования высокоскоростной камеры в качестве микропирометра с высоким пространственным и временным разрешением;

• развитие созданной в ОИВТ РАН [3] программы автоматической обработки экспериментальных данных спектральных исследований, включающей расшифровку спектров с использованием баз данных об атомных линиях веществ, определение температуры и концентрации электронов развитыми методами экспресс - диагностики;

• разработка методов матричной спектроскопии плазмы с использованием восстановленных из поперечных наблюдений локальных контуров спектральных линий, с целью прямого измерения локальных значений Пе и Те сидьноионизованной азотной плазмы;

• развитие новых возможностей использования высокоскоростных видеокамер применительно к нестационарному эксперименту по омическому и лазерному нагреву образцов с целью определения их теплофизических свойств.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных измерительных средств, методик

измерения и согласием с доступными данными других авторов. Качество и надежность регистрации многообразных поверхностных явлений и эрозионных процессов были обусловлены тем, что она выполнялась с высоким пространственным (не хуже 30 мкм) и временным разрешением (до 2 мкс). Проведённые измерения сопровождались оценками их погрешности и установлением взаимного соответствия (непротиворечивости) исследуемых характеристик, явлений и параметров.

Научная новизна работы. При выполнении каждой из поставленных в работе задач были получены новые научные и практически важные результаты:

1. В результате исследований поверхности термоэмиссионного катода создана база данных по феноменологическому описанию явлений на катоде объемом более 600 Гбт, включающая данные о процессах эрозии материала и её количественных характеристиках. Эта база данных может бьггь использована для развития теоретических моделей работы термоэмиссионного катода.

2. Новым и практически важным результатом явилось создание алгоритма и метода использования высокоскоростной цветной цифровой камеры в качестве микропирометра с временным разрешением в несколько мкс и пространственным разрешением в 20 - 30 мкм. Впервые были получены данные о поле температур на поверхности катода с учётом экранирующего действия собственного излучения плазмы. Развитый метод может быть эффективно использован для контроля состояния различных нагреваемых объектов

3. Развиты методы матричной спектроскопии плазмы, основанные на анализе восстановленных локальных контуров спектральных линий. Они позволяют определять локальные параметры электронной компоненты плазмы без допущений о состоянии ЛТР, глубже исследовать термодинамическое состояние пространственно неоднородной сильноионизованной плазмы.

4. Опыт использования высокоскоростной визуализации при проведении нестационарного теплофизического эксперимента показал ее перспективность в исследовании фазовых превращений вещества.

Практическая значимость. В современных плазменных технологиях трудно переоценить практическое значение надёжной работы плазматронов; при этом важнейшем критическим фактором чаше всего является ресурс работы катодного узла и собственно катода. Приведём некоторые практически важные результаты, вытекающие из выполненного исследования

взаимодействующей системы «эмитирующий катод — силыюионизованная прикатодная плазма».

• Проведены испытания катодов, нацеленные на улучшение его конструкции. Одно из предлагаемых решений состоит в механической обработке наконечника вольфрамового катода с целью придания ему формы усеченного конуса с площадкой диаметром 0.5-0.6 мм.

• Разработанные оптические методы исследования прикатодной плазмы, приэлектродных процессов и способы построения систем пакетной обработки получаемых экспериментальных данных могут широко применяться при создании диагностических систем различных плазмафизических установок.

• Разработанный программный комплекс автоматизированной обработки экспериментальных данных спектральной 20 - диагностики может широко применяться в экспериментальных исследованиях различных нестационарных и пространственно неоднородных плазменных объектов.

• Предложенный в работе метод прямого определения концентрации электронов и электронной температуры может быть рекомендован для исследования спектральной диагностики многократно ионизованной плазмы.

• Развитые в диссертации методы обработки и система методических рекомендаций при выполнении высокоскоростных измерений могут быть использованы в работе с любой фото- и видеорегистрирующей техникой для преобразования картин светимости исследуемого объекта в температурные поля на его поверхности.

Личное участие автора. Представленные в диссертации результаты получены непосредственно автором или при его равноправном участии. Автором лично разработаны методы и математические алгоритмы использования высокоскоростной камеры УЗ-РАБТ в качестве высокоскоростного микропирометра, для исследования температурных изменений на поверхности вольфрамового катода.

Диссертантом получены пространственные распределения локальных концентраций электронов, возбуждённых атомов и ионов плазмообразующего газа, материала катода и температуры электронов.

В результате ресурсных испытаний выполнено феноменологическое описание основных механизмов эрозии термоэмиссионных катодов из спечённого вольфрама.

Систематизирована обширная информация по механизмам эрозии катода, процессам запуска и отключения технологического промышленного плазматрона.

Создана и отработана программа автоматической обработки экспериментальных данных спектральных исследований, включающая расшифровку спектра и проведение экспресс - определения температуры и концентрации электронов.

Создана и отработана программа преобразования картин светимости, получаемых с помощью высокоскоростной камеры VS-FAST, в поле яркостных и истинных температур поверхности.

Выработаны рекомендации по технологии изготовления катодов, выбору их геометрии и конструктивного устройства с учётом задач их практического применения.

На защиту выносятся следующие результаты исследования:

1. Создание автоматизированной системы оптических и спектральных исследований области взаимодействия «катод - прикатодная плазма» в сильноточной электрической дуге в составе высокоскоростной цветной видеокамеры и дифракционного спектрографа с ПЗС матрицей;

2. Создание видеотеки процессов запуска, ресурсной работы и отключения сильноточных дуг с термоэмиссионным катодом объемом 600 Гбт, пригодной для детального анализа явлений на катоде и в прикатодной плазме;

3. Получение, на основе выполненной скоростной визуализации поверхности W катода и прилегающей к нему плазмы аргона и азота с плотностями тока 10 - 100 кА/см2, количественных результатов по величине эрозии материала катода и её механизмах в ходе ресурсных испытаний;

4. Развитие методики и выполнение измерений поля температур поверхности термоэмиссионного катода в сильноточной электрической дуге с использованием в качестве высокоскоростного микропирометра трёхцветной высокоскоростной камеры VS-FAST, обеспечивающей временное разрешение до 2 мкс и пространственное разрешение не хуже 30 мкм.

5. Разработка методики и получение результатов прямого измерения локальных значений пг и Те сильноионизованной азотной плазмы, при поперечном наблюдении электрической дуги. Методика основана на получении локальных контуров спектральных линий N1 и N11 в результате абелевских преобразований 2D спектров при их ПЗС

регистрации. При этом Tt(r) устанавливается в результате локального анализа выполнимости закона Больцмана для ионов в диапазоне энергий возбуждения АЕк» Т„ a njr) - из штарковских полуширин линий N1 и N11.

6. Экспериментальное доказательство новых возможностей развитых в работе средств скоростной визуализации применительно к нестационарному эксперименту по омическому и лазерному нагреву образцов с целью определения их теплофизических свойств.

Апробация работы и публикации. Результаты работы представлялись на 5-ой Курчатовской молодежной научной школе (РНЦ «Курчатовский институт») 2008 г., на XIV (2007 г.) и XVI (2009 г.) международных научно -технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», проводимых в МЭИ (ТУ), на XXXIV международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» МАТИ (2008 г.), на Всероссийской конференции по физической электронике ФЭ - 2006, ФЭ - 2008, ФЭ - 2010 (ДГУ, Махачкала), на Всероссийской научной конференции «Физика низкотемпературной плазмы» в 2007 г., на XXXVI (2009 г.) и XXXVII (2010 г.) международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, на XXIIZ (2008 г.), XXIV (2009 г.) и XXV (2010 г.) международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус), на Научно технической конференции «Проблемы термоядерной энергетики и плазменные технологии», МЭИ (ТУ), 2009 г., на 11-ой Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 2009 г.

По тематике диссертации опубликовано 25 печатных работ, из которых 20 - в материалах Всероссийских и Международных конференций, 5 статей в журналах и сборниках, в том числе 5 - в рецензируемых изданиях, входящих в список ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, содержит 5 таблиц и 101 рисунок. Список литературы включает 82 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований по теме диссертационной работы и изложено краткое содержание глав диссертации, сформулированы научная новизна выполненной работы, её научно-практическая значимость и положения, выносимые на защиту.

В главе 1 приведена схема экспериментальной установки с описанием диагностической аппаратуры (рис. 1).

Рис. I. Экспериментальная установка и диагностическая аппаратура: 1 - плазматрон; /./ - катод плазматрона; 1.2 - сопло со смотровыми отверстиями; 1.3 - секционированный анод плазматрона; 1.4 - вольфрамовый (W) наконечник катода; 1.3- окна для наблюдения в межсекционных промежутках, 1.6- торцевое смотровое окно.2 - спектрограф ДФС-452; 2.1 - фотоголовка с ПЗС матрицей или с ПЗС линейками; 3 - высокоскоростная цветная CMOS видеокамера VS-FAST (ВидеоСпринт); 4 - высокоскоростная черно-белая CCD видеокамера SensiCAM QE; 5 - высокоскоростная черно-белая CCD видеокамера VS-249; б - линза; 7 - экранирующий элемент; 8 - пример получаемых видеоизображений с высокоскоростных камер 3.5; 9 - пример визуализации плазменной струи камерой 4, 10 - пример получаемых данных при помощи диагностических фотоголовок 2.1

Уделено особое внимание разработке сопла плазматрона (позиция 1.2, рис. 1) с двумя смотровыми отверстиями, не вносящими возмущения в плазменный поток, для проведения спектральной диагностики плазмы и наблюдениями за поверхностью вольфрамового катода.

Отработано функциональное взаимодействие измерительных систем и приборов для одновременной диагностики плазменной струи и прикатодных процессов исследуемой системы.

Предложен метод абсолютной калибровки получаемых спектров с помощью ленточной вольфрамовой лампы с известной истинной температурой, основанный на применении дискретного набора экранов для моделирования геометрии сложного смотрового отверстия в сопле плазматрона.

Приведены примеры экспериментальных данных, получаемых с помощью этих диагностических систем, и результаты их обработки разработанными программными комплексами. Рис. 2а, 26 содержат видеоряд ресурсных испытаний катода, проведённых в разрядах в азоте и в аргоне.

Рис. 2а. Видеоряд ресурсных испытаний катода б среде азота. Высота кадров на рисунка* 2, 3 - около I мм

^Щ'ШШ шшшш

наг_____чин

шшишяш <>'сУовн*<? ьчиод» 45'*«« * ■ ,

шшгл

Рис. 26. Видеоряд ресурсных испытаний катода в среде аргона

В главе 2 рассматриваются основные процессы, происходящие на поверхности термоэмиссионного катода. С помощью высокоскоростной цветной камеры У8-РА5Т (ВидеоСпринт) с частотой 3500 кадров/с, временным разрешением одного кадра 2 мкс и пространственным разрешением не хуже 30 мкм были проведены серии ресурсных испытаний катода, выполненного из нескольких модификаций спеченного вольфрама.

Анализ результатов высокоскоростной визуализации позволил систематизировать основные явления и процессы, наблюдаемые на поверхности вольфрамового катода.

Эффекты и явления, которые наблюдались на поверхности вольфрамового катода:

® Движение «волны прогрева» катода при запуске плазматрона и протекание «зонной переплавки» материала катода, погружённого в плазму.

• Остывание катода при выключении плазматрона: наличие или

отсутствие жидкой фазы на поверхности катода при разных способах выключения плазматрона и различных токах дуги.

• Трешинообразование на твёрдой поверхности катода.

• Трешинообразование на расплавленной поверхности катода.

• Унос крупных фрагментов материала № - катода.

• Унос микрочастиц с твёрдой поверхности катода.

• Унос микрочастиц с расплавленной поверхности катода.

• Дегазация материала катода с образованием пузырей на

расплавленной поверхности.

• Образование выступов полусферической формы на кончике

№ - катода.

Примеры наблюдаемых эффектов на катоде представлены на рис. 3.

Рис. 3. Выброс макрочастиц (а); образование пузырей (б); отрыв кончика \¥ - катода (в)

Наблюдение за поверхностью катода во время ресурсных испытаний позволило оценить как скорость эрозии материала катода, так и её изменение в процессе ресурсных двухчасовых испытаний.

Разработанный алгоритм позволил по набору видеокадров поверхности катода оценивать убыль материала катода в процессе ресурсного испытания и проследить за изменениями формы поверхности катода.

Установлено, что появление жидкой фазы на поверхности вольфрамового катода характерно только для азотных дуг. По результатам ресурсных испытаний предлагаются методы увеличения ресурса W - катода при работе на токах свыше 200 А.

Глава завершается оценкой величины напряжённости электрического поля в азотной плазме прикатодного слоя с учётом эффекта Шоттки. Для расчёта поправки Шоттки выполнена экспериментальная оценка напряжённости электрического поля в прикатодном слое основанная на равенстве сил поверхностного натяжения жидкой полусферы на кончике нагретого катода и электрической силы «срыва» его поверхностного слоя. Эта напряжённость оказалось значительной £=1.5 МВ/см, и поправка на эффект Шоттки увеличила расчетное значение плотности тока термоэлектронной эмиссии в четыре раза. При этом экспериментальная оценка плотности тока даёт значение J1KC„ на порядок более значительное.

Глава 3 содержит результаты спектроскопии прикатодной плазмы с использованием ПЗС линеек и матриц. Подробно рассмотрен вопрос абсолютной калибровки измеряемых спектральных интенсивностей излучения, установлены пространственное и временное разрешения матричной системы сбора данных.

Результатом исследования прикатодной плазмы с использованием ПЗС линеек являются полученные распределения концентрации электронов на оси плазменного шнура вдоль продольной координаты пе (r=0,z), и распределение температуры электронов Те (г=0^) по продольной координате, для различных рабочих токов плазматрона, см. рис. 4а, 46.

Отрицательные значения Z на рис. 4. означают, что поперечное наблюдение плазмы осуществлялось и в области слева от острия катода при движении потока слева направо.

• ••I" 440 A. G" 1 r/c XXX I- 400 Л, (i » 3 re • • • I - 400 A, О ■ I r'c

Рис. 4a. Распределение температуры электронов вдоль оси плазматрона 2

г, мм

Рис. 46. Распределение концентрации электронов в плазме азота вдоль оси плазматрона 2,

притоке 350 А

Для получения радиальных распределений интенсивностей спектральных линий была использована ПЗС-матрица INSTASPECIV (Oriel Corp., Германия), содержащая 1024x128 пикселей размером 25*25 мкм. Аппаратное разрешение системы ДФС - 452 с матрицей InstaSpec IV при работе с решеткой

1200 штр,/мм составляет около 0.03 нм, а пространственное разрешение (при отображении объекта на входной щели в масштабе 1:1) порядка 50 мкм.

Исследование прикатодной плазмы с помощью данной ПЗС, матрицы позволило, не используя Саха - больцмановское приближение, получать локальные параметры неоднородной плазмы.

Был разработан программный комплекс, позволяющий производить не только отождествление исследуемого спектра с базой табличных данных о спектральных линиях [4], но и для выбранной группы линий производить их абелевское преобразование для получения из хордового распределения интенсивности линии радиальное распределение её интенсивности. Алгоритм преобразования интенсивности одной из линий N11 из хордового в радиальное распределение представлен на рис. 5, 6. Разработанный алгоритм также может применяться для построения преобразования Абеля для континуума.

На рис. 5 представлено: а) - разбиение 20 - изображения выбранной линии на спектральные участки АЛ: б) - получение хордовых распределений в пределах контура спектральной линии согласно соотношению А Е„ > кТе;

й, мм

Рис. 5. последовательность получения картины радиального изменения контура на примере спектральной линии N11 359.36 нм

На рис. 6 представлено: в) - выполнение преобразований Абеля для хордовых распределений; г) - восстановление локальных контуров исследуемой спектральной линии.

Рис. 6. последовательность получения картины радиального изменения контура на примере спектральной линии N11 359.36 им

Таким образом, мы получаем изменения контура выбранной спектральной линии по радиусу дуги. Аналогичные преобразования могут быть выполнены для линий № и NIII.

Пример распределения по радиусу дуги концентрации электронов пе(г) по локальным контурам линий N1 и N11 представлен на рис. 7.

Рис. 7. Радиальные распределения концентрации электронов. Z= 1 мм

На рисунке приведено сравнение зависимостей п/г), полученных для тока дуги /=300 А, с использованием нескольких линий N1 и N11, и интенсивности непрерывного излучения плазмы. Установлено, что при больших токах дуги максимальная концентрация электронов (для равновесной плазмы она соответствует электронной температуре 16 кК) смещается на периферию разряда; с дальнейшим повышением тока дуги (/=400 А) глубина приосевого снижения пе растёт. Спектроскопически был исследован вопрос о возможной рециркуляции материала катода.

В главе 4 приводятся алгоритм и методика использования высокоскоростной камеры в качестве высокоскоростного микропирометра с хорошим пространственным и временным разрешением. Приводятся основные допущения и математический аппарат для разработанного программного преобразования картин светимости поверхности нагретых тел, получаемых с помощью высокоскоростной камеры Ув-РАвТ, в картины полей истинной или яркостной температуры. В основе метода - сравнение спектральных интенсивностей излучения поверхности нагретого тела и эталонного источника с известной истинной температурой.

Расчётная формула для нахождения локальных значений температуры катода вытекает из закона Вина (Иу/кТ)» 1,

где Ьк{1 ,ТК{х,у,~)) и Ьш(к',Тт) - соответственно локальное значение яркости свечения катода за вычетом «экранирующего» плазменного излучения и яркость эталонного источника излучения с истинной температурой Тж\ С2=Ис/к- константа; »/-коэффициент, учитывающий различия условий регистрации объекта и эталона; £„(Л ,Тс(х,у,г)) и е.т{Х ,ТШ) - степени черноты на исследуемой длине волны Я поверхности катода в функции локальной температуры катода Т„ и вольфрамовой ленты при ее истинной температуре Тэт.

Для определения коэффициента ц строилась с использованием тест-объекта регулируемой яркости тарировочная зависимость интенсивности свечения объекта от времени экспозиции кадра видеокамеры.

Калибровка предложенной методики была проведена на теплофизической установке по нагреву образца из промышленного титана ВТ 1-0 в воздушной

среде атмосферного давления. Использовалась геометрия образца со щелевой полостью, имитирующей черное тело. Термограмма истинной температуры процесса изучалась с помощью быстродействующего монохроматического пирометра, настроенного на пирометрическую щель шириной в 1 мм, выполненную по образующей образца диаметром 11/10 мм и длиной 80 мм. Визуализация выполнена высокоскоростной цифровой цветной камерой УБ-РАБТ (ВидеоСпринт). На рис. 8. представлена раскадровка эксперимента по нагреву титанового образца.

а б в г д

Рис. 8. Видеограмма процесса нагрева и разрушения образца. Длительность нагрева током 2000А - около 800 мс, время экспозиции кадра - 500 мкс

На рис. 8, а. наглядно видна неоднородность нагрева, которая впоследствии определила место разрыва образца на рис. 8, в. Кадр 8, б соответствует моменту перехода «солидус - ликвидус». Кадр 8, д выполнен с внешней подсветкой остывшего образца, - он находится как бы в футляре из оксидной плёнки ТЮа.

Наряду с традиционной для подобных экспериментов информацией о свойствах образца в работе изучена стадия разрушения. Показано, что последняя носит квази-взрывной характер (стадия 8, в).

На рис. 9 приведены поля яркостной температуры для поверхности образца и истинной температуры для пирометрической щели исследуемого образца в разные моменты времени, соответствующие рис. 8, а - е.

Результаты проведённых измерений позволили установить температуру перехода «солидус - ликвидус»: она составила 1944 К. Данные, полученные с помощью высокоскоростной камеры и монохроматического эталонного пирометра в контрольной точке, совпали с точностью 5%.

а

б

в

584 мс 68 2 мс 2 5 00 мс

Рис. 9. Температурные поля исследуемого образца

Столь успешный тарировочный эксперимент позволил применить отработанную методику для исследования температурных полей на поверхности термоэмиссионного катода. В диссертации приводятся примеры температурных полей поверхности вольфрамового катода для разных токов дуги и типов плазмообразующего газа. Приводится сравнительная оценка градиента прогрева поверхности катода для разных плазмообразуюших газов и уделяется внимание областям локальных перегревов поверхности катода, соответствующим наблюдаемой жидкой фазе на его поверхности.

На рис. 10 представлен пример температурного поля кончика вольфрамового катода при работе дуги на азоте. Можно видеть, что поверхность катода нагрета неоднородно (вид свечения - на вставке вверху справа), максимальное значение температуры составило около 3500 К (температура плавления вольфрама 3695 К).

мкм

Рис. 10. Поле температур (в Кельвинах) кончика катода (рабочий газ - азот, ток дуги - 350 А)

В завершении четвёртой главы приводятся примеры температурных полей на поверхности вольфрамовых катодов в плазме азота и аргона с меняющейся в процессе работы дуги геометрией.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана и апробирована автоматизированная система оптических и спектральных исследований области взаимодействия «катод - прикатодная плазма» в сильноточной электрической дуге в составе высокоскоростной цветной видеокамеры и дифракционного спектрографа с ПЗС матрицей.

2. Впервые произведена высокоскоростная видеосъемка (частота кадров до 4000 к/с) процесса эрозии катода с пространственным разрешением порядка 0.03 мм и временным разрешением 2 мкс, которая позволила наблюдать в динамике поверхностные эрозионные процессы: эрозию катода при запуске и выключении плазматрона, трещинообразование на твёрдой и расплавленной поверхности катода, унос крупных фрагментов материала \У - катода, дегазацию материала катода с образованием пузырей на расплавленной

поверхности, новообразования на кончике W - катода сильноточного плазматрона постоянного тока.

Получены количественные результаты по эрозии материала и её основным механизмам в ходе ресурсных испытаний катода из спечённого вольфрама.

3. Развита методика, создана и апробирована программа и проведено измерение поля температур поверхности термоэмиссионного катода в сильноточной электрической дуге с использованием в качестве высокоскоростного микропирометра трёхцветной высокоскоростной камеры VS-FAST.

4. Разработана методика, создан автоматический программный комплекс и получены результаты прямого измерения локальных значений n« и Тв сильноионизованной азотной плазмы, при поперечном наблюдении электрической дуги. Методика основана на получении локальных контуров спектральных линий N1 и N11 в результате абелевских преобразований 2D спектров при их ПЗС регистрации.

5. Экспериментально показаны новые возможности развитых в работе средств скоростной визуализации применительно к нестационарному эксперименту по омическому и лазерному нагреву образцов с целью исследования их теплофизических свойств и поверхностных изменений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под/ред. В. Е. Фортова. Вводный том II. М.: Наука. 2000.

2. Григорьянц P.P., Исакаев Э.Х., Спектор И.О., Тюфтяев A.C. Влияние раскрытия канала выходного электрода на характеристики плазматрона И ТВТ. 1994. Т. 32. №4. С. 627.

3. Исакаев Э.Х., Маркин A.B., Хаймин В.А., Чинное В.Ф. Автоматизированная система обработки спектров излучения плазмы // Приборы и техника эксперимента. 2001. Т. 44. Вып. 1. С.47.

4. NIST Atomic Spectra Database. Lines Data, (http://phvsics.nist.gov)

Основные результаты. представленные в диссертации, опубликованы в следующих изданиях.

Журналы:

1. Горячев С. В., Исакаев Э. X., Мясников М. И., Чинное В. Ф. Исследование полей температуры на поверхности вольфрамового катода сильноточной

дуги с помощью высокоскоростной матрицы // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46. №6. С. 820.

2. Горячев С. В., Исакаев Э. X., Мясников М. И., Чинное В. Ф. Спектральные измерения локальных параметров плазмы с использованием ГОС-матриц // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 105. №6. С. 918.

3. Беляпетдинов Т.Ш., Горячев C.B., Чинное В.Ф., Щербаков В.В. Исследование гомогенной и гетерогенной плазмы методами спектроскопии и скоростной визуализации II Вестник МЭИ. 2009. №4. С. 61.

4. Горячев С. В., Пелецкий В. Э., Чинное В. Ф Скоростная визуализация нестационарного теплофизического эксперимента как средство повышения его информативности и точности II Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48 №1. С. 38.

5. Беляпетдинов Т. Ш., Горячев С. В., Ефимов А. В., Исакаев Э. X., Чинное В. Ф. Спектральное определение локальных значений концентрации и температуры электронов в сильноионизованной азотной плазме с использованием ПЗС - матриц // Оптика и спектроскопия, 2010, Т. 109. №5. С. 721.

Конференции:

1. Андреенко E.H., Горячев C.B. Скоростная визуализация искрового высокочастотного разряда // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика 12 международная научно техническая конференция студентов и аспирантов 2-3 марта 2006 г. Москва. МЭИ. С. 106.

2. Горячев C.B.,. Глазков В.В, Исакаев Э.Х., Синкевич O.A., Тюфтяев A.C. Численное моделирование течения аргона в расширяющемся канале плазматрона и нагрева частиц корунда, присутствующих в потоке // Материалы Всероссийской конференции по физической электронике. Махачкала, 23-26 октября 2006.

3. Андреенко E.H., Горячев C.B., Исакаев Э. X., Мясников М.И., Чинное В.Ф. Измерение температуры поверхности катода сильноточной дуги методом трехцветной высокоскоростной пирометрии II 5-ая научная школа -конференция «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Алушта, Украина. 2007. С. 7-12.

4. Белевцев A.A., Горячев C.B., Исакаев Э.Х., Тазикова Т.Ф., Чинное В.Ф. Результаты скоростной визуализации поверхности вольфрамового катода сильноточной электрической дуги // ФНТП - 2007. 24-28 июля 2007. Петрозаводск. Россия. С. 24-28.

5. Андреенко E.H., Горячев C.B., Мясников М.И., Чинное В.Ф. Исследование полей температур и эрозии катода в сильноточной электрической дуге //

XIV международная научно - техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва. Россия. 28-29 февраля 2008. С. 93-95.

6. Андреенко E.H., Горячев C.B., Мясников М.И., Чинное В.Ф. Измерение температурных полей поверхности катода сильноточного плазматрона методом высокоскоростной пирометрии // XXXIV международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения», Москва. Россия. 2008. С. 125-126.

7. Горячев C.B., Исакаев Э.Х., Мясников М.И., Чинное В.Ф. Исследование состояния и температуры поверхности катода сильноточной дуги методом высокоскоростной визуализации // XXIII международная конференция «Уравнения состояния вещества - 2008» Россия. Эльбрус. 2008. С. 217-218.

8. Горячев С. В., Сенченко В. Н., Чинное В.Ф., Щербаков В.В. Распознавание образов в задачах скоростной визуализации и спектроскопии // 9 Международная конференция «Р0АИ-9-2008», Россия, Нижний Новгород, сентябрь 2008. Conference Proceedings, V. I. P. 189-192.

9. Амиров P.X., Горячев C.B., Исакаев Э.Х., Самойлов КС., Чинное В.Ф. и др. Эрозия вольфрамового катода в плазматроне // Материалы V Всероссийской конференции по физической электронике ФЭ-2008, Россия. Махачкала. 2008.

10. Горячев C.B., Костановский A.B., Пресняков Д.В., Чинное В.Ф. Пространственно - временные изменения температуры тонкой пластины при лазерном нагреве //РКТС-12-2008. Москва. Тезисы докладов, С.108-109.

11. Горячев C.B., Пелецкий В.Э., Чинное В.Ф., Шур Б.А. Исследование динамики субсекундного омического нагрева и разрушения титанового трубчатого образца // РКТС-12-2008. Москва. Тезисы докладов, С.82-83.

12. Белялетдинов Т.Ш., Горячев C.B., Чинное В.Ф. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов взаимодействия плазма -эмитирующий катод // 6-я Курчатовская молодёжная научная школа, Москва. 2008.

13. Горячев С. В., Сенченко В. Н., Чинное В. Ф., Щербаков В. В. Выско-скоростная система для измерения параметров частиц в гетерогенных плазменных потоках // XXXVI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 9-13 февраля 2009 г.

14. Belevtsev A.A., Chinnov VF., Goryachev S. V., Isakaev E.Kh. The phase state of a tungsten cathode surface in high current atmospheric pressure electric arcs // Physics of extreme states of matter. Эльбрус. 2009.

15. Chinnov V.F., Goryachev S.V., Senchenko V.N., Shcherbakov V.V. Measuring system for investigation of heterogeneous plasma during plasma spraying // The Third Central European symposium on plasma chemistry, August 23-27, 2009. Kyiv. Ukraine.

16. Горячев С.В., Исакаев Э.Х., Чинное В.Ф. Исследование поверхности катода и прикатодной плазмы методами высокоскоростной визуализации и спектроскопии // Научно техническая конференция «Проблемы термоядерной энергетики и плазменные технологии» 17-18 сентября 2009, г. Москва. МЭИ.

17. Белевцев А.А., Белялгтдинов Т.Ш., Горячев С.В., Чинное В.Ф. Исследование состояния сильноионизованной неоднородной азотной плазмы атмосферного давления // Тезисы докладов XXXVII международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. г. Звенигород, 8-12 февраля 2010 г. С. 291.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИКАТОДНОЙ ОБЛАСТИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ

Горячев Сергей Викторович

Автореферат

Подписано в печать 03.11.2010

Печать офсетная

Тираж 100 экз._

Уч.-изд.л. 1.5 ЗаказЫ 119

Формат 60x84/16 Усл.-печ.л. 1.3 Бесплатно

ОИВТ РАН 125412, Москва, Ижорская ул., 13 стр. 2

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ «ЭМИТИРУЮЩИЙ КАТОД - ПРИКАТОДНАЯ ПЛАЗМА».

1.1. Описание экспериментальной установки: «плазматрон с расширяющимся каналом».

1.2. Система спектрального анализа на базе дифракционного спектрографа ДФС - 452 и системы МО АС - 2.

1.3. Система спектрального анализа на базе дифракционного спектрографа ДФС-452 и системы Апёог.

1.3.1. Аппаратная функция матричной системы (теоретическое введение).

1.3.2. Оценки величин уширения линий источника для анализа аппаратной функции.

1.3.3. Анализ экспериментальных данных по изучению аппаратной функции системы.

1.4. Определение абсолютной спектральной интенсивности излучения плазмы.

1.5. Проверка линейности характеристик регистрирующей аппаратуры.

1.6. Система визуализации процессов на базе высокоскоростной цветной камеры УЗ-РАБТ (ВидеоСпринт).

2. РЕЗУЛЬТАТЫ СКОРОСТНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ (СВ) ПРИКАТОДНОЙ ОБЛАСТИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ДУГ.

2.1. Наблюдаемые явления и процессы на поверхности - катода в сильноточной дуге.

2.2. Ресурсные испытания катодов.

2.2.1. Визуализация при ресурсных испытаниях.

2.2.2. Программа определения расхода материала катода по раскадровкам ресурсных испытаний и её результаты.

2.2.3. Жидкофазные образования на катоде.

2.3. Полный ток дуги и плотность тока на катоде.

2.3.1. Процессы переноса заряда.

2.3.1.1. Полный ток, идущий через поверхность катода.

2.3.1.2. Ток ионов.

2.3.1.3. Ток обратных электронов, идущих из плазмы на поверхность катода.

2.3.1.4. Эмиссия электронов с поверхности катода в результате воздействия высоких температур и электрического поля.

2.3.1.5. Экспериментальные значения плотности тока.

2.4. Выводы ко второй главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИКАТОДНОЙ ПЛАЗМЫ МЕТОДАМИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ.

3.1. Результаты спектральных исследований с использованием ПЗС линеек.

3.2. Матричная спектроскопия - средство для определения локальных параметров неоднородной плазмы без модельных допущений.

3.2.1. Алгоритм анализа матричных спектров.

3.2.2. Процедура обработки данных и критерии выбора спектральных диапазонов с целью получения локальных контуров линий для измерения локальных концентраций электронов.

3.2.3. Адаптация программы SpecMCD.100 к задаче нахождения локальных контуров спектральных линий.

3.2.4. Описание методики измерения концентрации пе(г) и температуры Те(г) электронов по восстановленным локальным контурам линий N1 и N11.

3.2.4.1. Анализ экспериментальных зависимостей nt*(r).

3.2.4.2. Временные и пространственные масштабы установления параметров плазмы.

3.2.4.3. Заключительные замечания.

3.3. О наблюдении линий WI и WII в прикатодных областях плазмы.

3.3.1. Равновесный состав плазмы аргона и азота с примесью вольфрама.

3.3.2. Расчет доли вольфрама в прикатодной плазме.

3.4. Выводы к третьей главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКОРОСТНОЙ ВИДЕОКАМЕРЫ В КАЧЕСТВЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МИКРОПИРОМЕТРА.

4.1. Методические основы микропирометрии с помощью высокоскоростной цветной камеры VS - FAST («ВидеоСпринт»).

4.2. Апробирование высокоскоростной камеры «ВидеоСпринт» в нестационарном теплофизическом эксперименте.

4.2.1. Вводные замечания.

4.2.2. Условия эксперимента и его результаты.

4.3. Исследование температурных распределений на поверхности катода.

4.3.1. Особенности исследования полей температур катода.

4.3.2. Температурные распределения на поверхности вольфрамового катода.

4.3.3. Оценка погрешности определения температуры поверхности катода.

4.4 Выводы к четвёртой главе.

В настоящее время плазматроны различных типов находят широкое научно-техническое и промышленное применение. Например, как источники низкотемпературной плазмы их используют в металлургии, при плазменном упрочнении поверхностей металлов, в процессах плазменного напыления материалов и получения мелкодисперсных порошков, для резки металлов и др. [1-10]. В плазмохимии для создания необходимых условий протекания химических реакций используются плазмохимические камеры с одним и более источниками плазмы [11-13]. В связи с широким применением плазматронов широк и диапазон предъявляемых к ним требований. В некоторых случаях необходим большой энерговклад — до сотен киловатт и больше, или длительная работа на умеренных токах порядка сотен ампер. t

Длительная работа плазматрона напрямую связана с ресурсом работы отдельных его элементов [14-22].

Одним из ресурсоёмких элементов конструкции является термоэмиссионный катод, основным его преимуществом является возможность получения при определенных условиях рекордно малых величин удельной эрозии материала катода (10"12 - 10"13 кг/Кл).

Работа направлена на изучение процессов, происходящих на поверхности вольфрамового катода, и основных механизмов уноса материала катода в сильноточной азотной и аргоновой дугах, а также выработка по результатам исследований рекомендаций по увеличению ресурса вольфрамового катода в сильноточных дугах.

Другим существенным вопросом является вопрос о параметрах плазмы, достигаемых в плазматронах. В настоящей работе развиваются методы экспериментального исследования параметров плазмы прикатодной области сильноточного дугового разряда в плазматроне с использованием 2D -спектроскопии. Демонстрируются результаты прямого измерения локальных значений пе и Те сильноионизованной азотной плазмы.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование области взаимодействия «эмитирующий катод — сильноионизованная движущаяся прикатодная плазма». Именно эта область интересна для исследования параметров плазмы, так как она определяет полную и удельную электрическую мощность, степень и эффективность нагрева плазмы, ресурс работы плазматрона [23]. На основе технологического плазматрона ОИВТ РАН [24] была создана группа исследовательских плазматронов с секционированным и сплошным каналами выходного электрода, с оптическими окнами для наблюдения катода и прикатодной плазмы и области горения дуги.

В качестве основных диагностических средств исследования применялись высокоскоростные цветные и монохроматические видеокамеры, а также система спектральных измерений, в состав которой вошли дифракционный спектрограф ДФС - 452 и фотоприёмные устройства двух типов: ПЗС линейки или охлаждаемая ПЗС матрица.

В представленной работе решаются следующие задачи:

• разработка системы оптических и спектральных исследований области взаимодействия «катод-прикатодная плазма» в сильноточной электрической дуге в составе высокоскоростных видеокамер и дифракционного спектрографа с ПЗС матрицей;

• выполнение скоростной визуализации поверхности вольфрамового термоэмиссионного катода и прилегающей к нему плазмы аргона и л азота с плотностями тока 10-50 кА/см ;

• получение результатов по величине эрозии катода и исследование её механизмов в ходе ресурсных испытаний катода из спечённого вольфрама;

• развитие методических основ использования высокоскоростной камеры в качестве микропирометра с высоким пространственным и временным разрешением;

• разработка методов 2D - спектроскопии плазмы с использованием восстановленных из поперечных наблюдений локальных контуров спектральных линий;

• разработка методики и получение результатов прямого измерения локальных значений пе и Те сильноионизованной азотной плазмы, основанного на получении локальных контуров спектральных линий N1 и N11 в результате абелевских преобразований 2D спектров при их ПЗС регистрации;

• развитие новых возможностей использования высокоскоростных видеокамер применительно к нестационарному эксперименту по омическому и лазерному нагреву образцов с целью определения их теплофизических свойств.

Работа, собственно, и посвящена решению этих задач применительно к названным плазменным и теплофизическим объектам, представляющим общенаучный и (или) практический интерес, и состоит из введения, четырёх глав, заключения.

В первой главе даётся описание исследуемого плазматрона, автоматизированной системы регистрации спектров и системы скоростной визуализации плазменного шнура. Приводятся калибровочные характеристики для системы спектроскопических ПЗС линеек, способы калибровки и эталонирования спектроскопической матрицы. Предложен метод абсолютной калибровки получаемых спектров с помощью ленточной вольфрамовой лампы с известной истинной температурой, основанный на применении дискретного набора экранов для моделирования геометрии сложного смотрового отверстия в сопле плазматрона. Рассматривается вопрос о пространственном разрешении и временных характеристиках высокоскоростной камеры, применяемой для наблюдения за поверхностью катода.

Во второй главе рассматриваются основные процессы, наблюдаемые на поверхности работающего термоэмиссионного катода. С помощью средств высокоскоростной диагностики, а именно высокоскоростной цветной камеры УБ-РАЗТ (ВидеоСпринт) с кадровой частотой 3500 кадров/с, временным разрешением одного кадра 2 мкс и пространственным разрешением не хуже 30 мкм, были проведены серии ресурсных испытаний катода, выполненного из нескольких модификаций спеченного вольфрама.

Основные результаты высокоскоростной визуализации позволили систематизировать основные явления и процессы, наблюдаемые на поверхности вольфрамового катода.

Наблюдение за поверхностью катода во время ресурсных испытаний позволило оценить как скорость эрозии материала катода, так и её изменение в процессе ресурсных двухчасовых испытаний.

Глава завершается приведением оценки величины напряжённости электрического поля в плазме на кончике вольфрамового катода, токов термоэлектронной эмиссии с учётом эффекта Шоттки.

В третьей главе представлены результаты спектроскопии прикатодной плазмы с использованием ПЗС линеек и матриц.

Результатом исследования прикатодной плазмы с использованием ПЗС линеек являются полученные распределения концентрации электронов на оси плазменного шнура вдоль продольной координаты пе (г=0^), и распределение температуры электронов Те (г=0,г) по продольной координате, для различных рабочих токов плазматрона.

Исследование прикатодной плазмы с помощью ПЗС матрицы позволило, не используя Саха - больцмановское приближение, получать локальные параметры неоднородной плазмы.

Представляются результаты разработки программного комплекса, позволяющего производить не только отождествление исследуемого спектра с базой табличных данных о спектральных линиях [25,26], но и для выбранной группы линий производить их абелевское преобразование для получения из хордового распределения интенсивности линии радиальное распределение её интенсивности. Разработанный алгоритм также может применяться для построения преобразования Абеля для континуума.

В четвёртой главе приводятся алгоритм и методика превращения высокоскоростной камеры в высокоскоростной микропирометр с хорошим пространственным и временным разрешением. Приводятся основные допущения и математический аппарат для разработанного программного преобразования картин светимости поверхности вольфрамового катода, получаемых с помощью высокоскоростной камеры VS - FAST, в картины полей истинной или яркостной температуры. В основе метода - сравнение спектральных интенсивностей излучения поверхности вольфрамового катода и эталонного источника с известной истинной температурой.

4.4 Выводы к четвёртой главе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В главах диссертации представлены результаты экспериментального исследования поверхности вольфрамового катода и состояния прикатодной плазмы аргона и азота, создаваемой в плазматронах постоянного тока с острийным катодом и расширяющимся водоохлаждаемым каналом - анодом. Давление - близкое к атмосферному, ток дуги — 150-500 А, подача газа в прикатодную область - с тангенциальной закруткой при расходе 1-6 г/с.

Отдельная глава посвящена предлагаемому методу использования высокоскоростной цветной цифровой камеры для получения полей температуры на поверхности катода с учётом экранирующего действия собственного излучения плазмы, с временным разрешением в несколько мкс и пространственным разрешением в 20 - 30 мкм. Приводятся результаты градуировочных экспериментов на теплофизической установке, оценки погрешности метода измерения температуры предложенным способом, и результаты измерения температуры поверхности вольфрамового катода.

В процессе выполнения работы получены следующие научные результаты.

1. Создана и апробирована автоматизированная система оптических и спектральных исследований области взаимодействия «катод - прикатодная плазма» в сильноточной электрической дуге в составе высокоскоростной цветной видеокамеры и дифракционного спектрографа с ПЗС матрицей.

2. Впервые произведена высокоскоростная видеосъемка (частота кадров до 4000 к/с) процесса эрозии катода с пространственным разрешением порядка 0.03 мм и временным разрешением 2 мкс, которая позволила впервые непосредственно наблюдать динамику поверхностных эрозионных процессов: эрозия катода при запуске и выключении плазматрона, трещинообразование на твёрдой и расплавленной поверхности катода, унос крупных фрагментов материала \У - катода, дегазация материала катода с образованием пузырей на расплавленной поверхности, новообразования на кончике W - катода сильноточного плазматрона постоянного тока.

Получены результаты по эрозии материала катода и её механизмах в ходе ресурсных испытаний катода из спечённого вольфрама.

3. Развита методика, создана и апробирована программа и проведено измерение поля температур поверхности термоэмиссионного катода в сильноточной электрической дуге с использованием в качестве высокоскоростного микропирометра трёхцветной высокоскоростной камеры VS-FAST.

4. Разработана методика и получены результаты прямого измерения локальных значений пе и Те сильноионизованной азотной плазмы, при поперечном наблюдении электрической дуги. Методика основана на получении локальных контуров спектральных линий N1 и N11 в результате абелевских преобразований 2D спектров при их ПЗС регистрации. При этом Те(г) устанавливается в результате локального анализа выполнимости закона Больцмана для ионов в диапазоне энергий возбуждения АЕк » Те, а пе(г) — из штарковских полуширин линий N1 и NIL

5. Экспериментально показаны новые возможности развитых в работе средств скоростной визуализации применительно к нестационарному эксперименту по омическому и лазерному нагреву образцов с целью определения их теплофизических свойств и поверхностных изменений.

1. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М.: Иностр. лит. 1961. 370 с.

2. Глебов И.А., Рутберг Ф.Г. Мощные генераторы плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1985. 153 с.

3. Жеенбаев Ж.Ж., Энгелыпт B.C. Двухструйный плазмотрон. Фрунзе: Илим, 1983. 202 с.

4. Дзюба B.JL, Даутов Г.Ю., Абдуллин И.Ш. Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах. Киев: Выща школа, 1971. 170 с.

5. Асиновский Э.И., Кириллин A.B., Низовский В.Л. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. М.: Наука, 1992. 264 с.

6. Даутов Г.Ю., Тимошевский А.Н., Урюков Б.А. и др. Генерация низкотемпературной плазмы и плазменные технологии: проблемы и перспективы. Новосибирск: Наука, 2004. 464 с.

7. Solonenko О.Р. State of the Art of Thermophysical Fundamentals of Plasma Spraying // Thermal Plasma and New Materials Ed. by Solonenko O.P., Zhukov M.F. Cambridge: Intern. Sei. Publ., 1995. V. 2. P. 7.

8. Жуков М.Ф., Калиненко P.A., Левицкий A.A., Полак Л.С. Плазмохимическая переработка угля. М.: Наука, 1990. 200 с.

9. Гонтарук Е.И., Ильичев М.В., Исакаев Э.Х. и др. Новая технология поверхностного упрочнения стальных изделий // Сталь. 2002. № 6. С. 78.

10. Братцев A.M., Попов Е.В., Рутберг А.Ф., Штенгель С.В. Установка для плазменной газификации различных видов отходов // ТВТ. 2006. Т. 44. № 6. С. 832.

11. Полак Л. С. Плазмохимические реакции и процессы // Москва. Наука. 1977. С. 320.

12. Ерузин А.А., Афанасьев В.Н., Гавриленко И.Б., Удалов Ю.П. TR Свойства углеродистых полимерных пленок, полученных с помощью дугового разряда на полом катоде // Физика и химия обработки материалов. 2003. №4. С. 28.

13. Турцевич А. С., Наливайко О. Ю., Ануфриев Л. П. Процессы плазма-химического осаждения диэлектрических пленок на установке "Изоплан-2-15ОМ" С.327-335

14. Benilov М. S., Marotta A. Model of the cathode region of atmospheric pressure arcs//J. Phys. D. 1995 28 №9 1869-1882.

15. Pelerin S., Musiol K., Pokrzywka B. and Chapelle J. Investigation of a cathode region of an electric arc // J. Phys. D. 1994 27 №3 522-528.

16. Pokrzywka В., Musiol K., Pellerin S., Pawelec E. and Chapelle J. Spectroscopic investigation of the equilibrium state in the electric arc cathode region // J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) 2644-2649.

17. Zhou X. and Heberlein J. An experimental investigation of factors affecting arc-cathode erosion // J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) 2577-2590.

18. Pokrzywka В., Pellerin S., Musiol K., Richard F. and Chapelle J. Observations of electric arc cathode region // J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) 2841-2849.

19. Пустогаров А. В. Экспериментальное исследование тугоплавких катодов плазмотронов // Экспериментальные исследования плазмотронов. Новосибирск. «Наука». 1977. С. 315-340.

20. Гонопольский A.M., Кораблев В.А. Экспериментальное исследование эрозии электродов серийных плазмотронов для напыления // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1983. -№3, вып. 1 - С. 69-71.

21. Стенин В.В. Особенности эрозии термоэмиссионного катода // ТВТ. -М.: Наука. 1985. Т. 23. С. 858-862.

22. Жуков М. Ф., Козлов Н. П. и др. Динамика паров металла в пристеночных слоях плазмы // ДАН СССР. 1981. Т. 260. №.6. С. 1354

23. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. П/р. В. Е. Фортова. Вводный том II. М.: Наука. 2000.

24. Григорьянц P.P., Исакаев Э.Х., Спектор Н.О., Тюфтяев A.C. Влияние раскрытия канала выходного электрода на характеристики плазматрона // ТВТ. 1994. Т. 32. № 4. С. 627

25. NIST Atomic Spectra Database. Lines Data, (http://physics.nist.gov/)

26. Стриганов A.P., Свентицкий H.C. Таблицы спектральных линий. М., Атомиздат. 1966. 900 с.

27. Белевцев A.A., Исакаев Э.Х., Маркин A.B., Хаймин В.А., Чиннов В.Ф. Анализ метрологических возможностей сильноточной дуги в плазмотронах с расширяющимся каналом. // ТВТ. 2000. Т.38. №5. С.693.

28. Артемов В.И., Синкевич O.A. Численное моделирование взаимодействия электрической дуги с турбулентным потоком газа. Дуга в длинном цилиндрическом канале // ТВТ. 1986. Т. 24. № 2. С. 288-294.

29. Жуков М.Ф., Коротеев A.C., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1975, 298 с.

30. Исакаев Э. X., Синкевич О. А., Тюфтяев А. С., Чиннов В. Ф., Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения. ТВТ. Т. 48. №1. С. 105134.

31. Карякин H.A. Угольная дуга высокой интенсивности. Госэнергоиздат, 1948.

32. Пфанн В. Дж., Зонная плавка, пер. с англ., М., 1960.

33. Зонная плавка, сб. под ред. В. Н. Вигдоровича, М., 1966

34. Dombrovsky L.A., Ignatiev M.B. An estimate of the temperature of semitransparent oxide particles in thermal spraying. Heat Transfer Eng. 2003. 24, P.60.

35. Воробьев B.C., Малышенко С.П., Ткаченко С.И. Нуклеационный механизм взрывного разрушения проводников с высокой плотностью энергии. ТВТ. Т.43. №6. С.905-918.

36. John Peters, Fei Yin, Carlos F M Borges, Joachim Heberlein and Charles Hackett «Erosion mechanisms of hafnium cathodes at high current». Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) 1781-1794.

37. Nemchinsky V.A and Showalter M.S «Cathode erosion in high-current high-pressure arc», J. Phys. D: Appl. Phys. 36 (2003) 704-712.

38. Casado E., Colomer V., Mu~noz-Serrano E. and Sicilia R. «An experimental comparison of the erosion in tungsten cathodes doped with different rare-earth elements» J. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002) 992-997.

39. Тамм И.Е. Основы теории электричества. Москва: Физматлит. 2003. 616 с.

40. Жуков В.М,, Засыпкин И.М., Тимошевский А.Н., и др. Электродуговые генераторы термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1999, 712 с.

41. Цыдыпов Б.Д. Динамика нестационарных процессов в сильноточных плазменных системах. Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2002.

42. Асиновский Э.И., Иванов П.П., Исакаев Э.Х,. Очкань А.Л., Самойлов И.С., Желобцова Г.А. Исследование эрозии катода промышленного плазмотрона,1.я конференция по инновационной деятельности НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН,1.-12 апреля 2005 г., Москва. С. 77-81.

43. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М. Наука. 1987. 591 с.

44. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н., Курнаев В.А., Термоэмиссия из полупроводников. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. П/р. В. Е. Фортова. Вводный том III. M.: Наука, 2000. с.69-71.

45. Бакшт Ф.Г., Юрьев В.Г. Приэлектродные явления в низкотемпературной плазме (обзор) // ЖТФ. 1979. Т. 49. Вып. 5. С. 905-944.

46. Физические величины. Справочник под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М., Атомиздат, 1991.

47. Benilov M.S. // J.Phys.D: Appl. Phys. 2008 V.41 P.144061 (ЗОрр)

48. Полищук В.П. «Баланс энергии и механизм переноса заряда на поверхности термокатода в дуговом разряде» ТВТ. 2005. Т. 43. №1. С. 11-20.

49. Дороднов A.M., Козлов Н.П., Помелов Я.А. Об аномально высокой эмиссионной способности термокатода в дуговом разряде в средах инертных газов // ТВТ. 1971. Т. 9. № 3. С. 483.

50. Исакаев Э.Х., Маркин A.B., Хаймин В.А., Чиннов В.Ф. Автоматизированная система обработки спектров излучения плазмы // Приборы и техника эксперимента. 2001. Т. 44. Вып. 1. СЛ.

51. Биберман JI.M., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982. 375 с.

52. Методы исследования плазмы./ Под ред. В. Лохте-Хольтгревена, М., Мир, 1971.552 с.

53. Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы. М.: Физматлит, 2006. 472 с.

54. Belevtsev А.А., Chiimov V.F., Isakaev E.Kh. Express analysis of parameters of high enthalpy plasma jets. //High Temperature Material Processing, 2007. V.ll. No.4. P.477-492.

55. Пикапов B.B., Мельникова T.C. Томография плазмы. Новосибирск: Наука. 1995.

56. Грузман И.С. Математические задачи компьютерной томографии. Соросовский образовательный журнал No. 5, 2001.

57. Deans, Stanley R., The Radon Transform and Some of Its Applications. New York: John Wiley & Sons, 1983.

58. Natterer, Frank, The Mathematics of Computerized Tomography (Classics in Applied Mathematics, 32), Philadelphia, PA: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2001.

59. Natterer, Frank and Frank Wubbeling, Mathematical Methods in Image Reconstruction. Philadelphia, PA: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2001.

60. Белевцев A.A., Исакаев Э.Х., Маркин A.B., Чиннов В.Ф. Спектроскопический анализ пространственных распределений параметров плазмы в высокоэнтальпийных потоках аргона и азота. // ТВТ. 2002. Т. 40. №1. С.533.

61. Belevtsev А.А., Chinnov V.F. and Isakaev E.Kh. Emission spectroscopy of highly ionized high-temperature plasma jets. //Plasma Sources Sci. Technol. 15, 2006. P. 450-457.

62. Биберман Л.М., Норман Г.Э. Непрерывные спектры атомарных газов и плазмы // УФН. 1967. Т. 91. Вып. 2. С. 193.

63. Колесников В.Н. Спектроскопическая диагностика в УВИ диапазоне. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. П/р. В. Е. Фортова. Вводный том II. М.: Наука, 2000. с.491-507.

64. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Физматгиз, 1963. 640 с.

65. Горячев С. В., Исакаев Э. X., Мясников М. И., Чиннов В. Ф. Спектральные измерения локальных параметров плазмы с использованием ПЗС-матриц // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 105. №6. С. 918.

66. Муленко И.А., Олейникова Е.Н., Соловей В.Б., Хомкин A.JI. Широкодиапазонная модель смеси для неидеальных газов и плазмы сложного состава с химическими реакциями. // ТВТ. 2001. Т. 39. №1. С.13.

67. Жуков М.Ф., Козлов Н.П. и др. Динамика паров металла в пристеночных слоях плазмы //ДАН СССР, 1981, т. 260, №.6, с. 1354.

68. Стенин В.В. Особенности эрозии термоэмиссионного катода // ТВТ. М.: Наука. 1985. Т.23. С.858-862.

69. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник Под ред. Шейндлина А.Е. М.: Энергия, 1974.

70. Arpaci Е., Bets G, Frohberg М. Determination of spectral emissivities of niobium, molybdenium, tantalum, and tungsten at their melting points // High Temp. -HighPress. 1985. V. 17. P. 519.

71. Babelot J-F., Hoch M. Investignation of the spectral emissivity data of some metals and nonmetals in the wavelength range 400-15000 nm, and of their total emissivity // High Temp. High Press. 1989. V. 21. P. 79.

72. Maglic K.D., Pavicic D.Z. Thermal and Electrical Properties of Titanium Between 300 and 1900 K° // International Journal of Thermophysics. 2001. V. 22 №6. P. 1833.

73. Kaschnitz E.; Reiter P. Heat Capacity of Titanium in the Temperature Range 1500 to 1900 К Measured by a Millisecond Pulse-heating Technique // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2001. V. 64. P. 351.

74. Петрова И.И., Пелецкий В.Э., Самсонов Б.Н. Исследование тепло-физических свойств циркония методом субсекундного импульсного нагрева. ТВТ. 2000. Т. 38. №4. С. 584.

75. Пелецкий В.Э. Неизотермичность образца в режимах импульсного электрического нагрева. ТВТ. 1999. Т. 37. №1. С. 128.

76. Горячев C.B., Пелецкий В.Э., Чиннов В.Ф., Шур Б.А. Исследование динамики субсекундного омического нагрева и разрушения титанового трубчатого образца. XII Российская конференция по теплофизическим свойствам веществ. 2008. С. 82.

77. Горячев С. В., Пелецкий В. Э., Чиннов В. Ф Скоростная визуализация нестационарного теплофизического эксперимента как средство повышения его информативности и точности // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48 №1. С. 38.

78. Горячев С. В., Исакаев Э. X., Мясников М. И., Чиннов В. Ф. Исследование полей температуры на поверхности вольфрамового катода сильноточной дуги с помощью высокоскоростной матрицы // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46. №6. С. 820.