Эволюция возмущений в несамостоятельном газовом разряде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Российский научный центр «Курчатовский институт»

На правах рукописи УДК 537.521

ПАЛЬ Александр Фридрихович

ЭВОЛЮЦИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ В НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНОМ ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ

01.04.08 — физика и химия плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва—1993

Работа выполнена и Троицком институте инновационных и термоядерных исследований.

Официальные оппоненты:

Член-корреспондент РАН

В.Ю.Баранов (ТРИНИТИ)

Доктор физико-математических наук А.В.Елепкпи (РНЦ "Курчатовский'

институт")

Доктор физико математических наук А,С.Ковале» (ЛИИЯФ МГУ) Ведущая организация. НИИЗФА им. ДВ Ефремова

Специализированного Ученого Совета )£ Д 03 ! 01,01 при Российском Научно!,! Центре "Курчатовский институт", ШШ2, г Москва, площадь академика Курчатова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Р1Ш "Курчатовскии институт"

Зашита состоится

1(Ш г в

часов на заседании

Автореферат разослан "

/4.. (хл&лрл

ШЗ г •

. Ученый секретарь Специализировацтло Совета кандидат физико■ математических наук

Общая нарактеристика работы

Актуальность темы. Несамостоятельный разряд (НР), контролируемый '.»ликтронным пучком, широко используется для получения перавновесноП низкотемпературной плазмы в больших объемах.

Несмотря на то, что внешний контроль ионизации оказался эффективным средством создания однородно!! плазмы при повышенных давлениях, существуют многочисленные неустойчивости, приводящие к образованию неоднородных структур. Они возникают вследствие высокой степени неравновесностн плазмы и действия большого числа процессов, определяющих протекание тока в разряде и приводящих к существованию нелинейных обратных связей. Плазма ИР локально никогда не бывает стационарной или однородной вследствие возникающих в неп флуктуации, турбулентности газового потока, возмущающему влиянию пятен на электродах, колебаниям в электрической цепи и т.д. Возникающие при этом структуры естественным образом разделяются на два класса: I) слоевые (расслоение поперек тока, слои, как правило, движутся); 2) шнуровые (расслоение вдоль тока). Эти динамические структуры являются примером распространенных в неравновесных средах явлении самоорганизации.

Знание основных законов самоорганизации в неравновесных средах необходимо как для установления фундаментальных принципов современной науки, так и для практических приложении.

Использование НР в новых газовых средах сопровождаете;! появлением неизвестных ранее слоевых неустоЯчпвостеи и требует специального исследования. Вопрос об универсальности механизмов развития шнуров также остается нерешенным ввиду сложности

адекватного моделирования динамики контрагнрованпя разряда в конкретных экспериментальных условиях.

Коль работы состоит и экспериментальном изучении слоевых псустопчпвостеп d ранее не исследованных газовых смесях, динамики шнурования IIP и выяснении основных механизмов неустопчивостей в результате сравнения с численными расчетами.

Научная новизна. В настоящей работе »первые обнаружены колебания свечения катодного слоя HP. Подробно исследована эволюция не наблюдавшихся ранее грибообразных возмущений катодного слоя HP в азоте. Впервые в условиях одной экспериментальная установки с использованием различных диагностик изучено соотношение влияния нриэлектродных и объемных процессов на контрагирование HP в азоте, гелии, смесях СО и СОг-лазеров, смесях HCl и Нг с благородными газами. Измерения эффективности возбуждения колебании в HP в азоте и смеси CO:Ng впервые проведены при криогенных температурах. Обнаружено послесвечение IIP в азоте при комнатных и криогенных температурах и построена модель для объяснения этого явления. Обнаружена и объяснена немонотонная зависимость тока HP от времени в водородосодержаипх смесях. Предсказана и исследована доменная неустойчивость н смесях молекулярных и благородных газов, в которых дрейфовая скорость электронов немонотонно зависит от электрического ноля. Впервые ' исследовано влияние поперечного магнитного поля на доменные неустойчивости. Обнаружена высокочастотная неустойчивость тока разряда в средах с положительной дифференциальной проводимостью. Впервые обнаружена л подробно исследована новая форма слоевой неустойчивости HP - неподвижные светящиеся слои в смесях Hgd);?)-

Ar(lle). Впервые исследовано взаимодействие продольных и поперечных структур n HP.

Практическая ценность работы. Выяснение основных процессов, приводящих к шнурованию HP, может быть использовано для предсказания предельных энерговкладов в IIP к оптимизации работы газоразрядных устройств на его основе. Результаты исследования HP в газовых смесях, содержащих HCl и Hg найдут применение при создании лазеров на галогеноводородах. HP в водородосодержаиих смесях может применяться для получения пучков отрицательных ионов водорода в инжекторах нейтралов, для разделения изотопов водорода и синтеза алмазных пленок. Исследование процессов послесвечения HP в азоте полезно для изучения элементарных процессов и » светотехнике.

На заииту выносятся следующие научные положения:

1. В области малых токов пучка и напряжений HP в азоте вдоль приложенного электрического поля медленно распространяются возмущения катодной области, имеющие грибообразную форму, содержащую три светящихся слоя. Природа таких структур определяется особенностями распределения плотности газа вследствие повышенного тепловыделения в "катодном пятне.

2. При сведении к минимуму влияния внешних возмущении, шнурование HP в азоте, гелии,' смесях СО- и С02-лазеров, смесях HCl и Нг с инертными газами происходит в результате объемных тепловых И ионизационных неустопчивостеп, конкретные механизмы которых в каждой из смесей выявлены в результате сравнения с численными расчетами.

3. После выключения HP в азоте существует послссисчпнне 1*-системы N2,интенсивность которого в зависимости от времени

проходит через максимум, и связано с возбужденном колебании молекул No на уровнях с. номером 1^31.

■!. Ток квазнстапнонарного 111' в водородосодорзкаших смесях в условиях сформировавшегося плато функции рас111юдслония по колебательны!! уровням молекул Но немонотонно заккент от времени в результате процессов прилипания и отлипания при столкновении электронен и отрицательных ионов с колебательно - возбужденными Молекулами Но.

5. В НР в смесях молекулярных и тяжелых благородных газов обнаружена доменная неустойчивость обусловленная немонотонной зависимостью дрсПфовоП скорости электронов от электрического поля. Поперечное магнитное поле сдвигает область существования неустойчивости.

6. Однородная плазма НР в смесях водорода н дейтерия с гелием и аргоном определенного состава расслаивается на неподвижные слои, ориентированные поперек тока разряда в установленных интервалах электрических полей.

Дпробапия диссертации. Результаты работы докладывались на международных и Всесоюзных конференциях: XIII, XIV,XV, XVII, XVIII, XIX ICPIG (Берлин 1977, Гренобль 1979, Минск 1981, Будапешт 1985, Суанси 1937, Белград 1989), V, VII, X, XI ESCAMPIG (Дубровник 1980, Бари 1984, Орлеан 1990, С.-Петербург 1992), III, IV, VII GCL (Марсель 1980, Стреса 1982, Вена 1988), V , VI, VII, VIII Всесоюзных конференциях по физике низкотемпературной плазмы (Киев 1979, Ленипград 1983, Ташкент 1987, Минск 1991), III Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Киев 1986), II Всесоюзном семинаре "Элементарные процессы в плазме электроотрицательных газов" (Ереван 1984), а

акже на научных семинарах ТРИНИТИ, НИИЯФ, ИАЭ им. 1.В.Курчатова.

Структура и объем диссертапиуч. Диссертация состоит из ведения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации 3-19 траннц, из них 237 страниц теиста, 6 страниц таблиц и 80 с 'Исункамн. Библиография включает 271 название на 24 страницах.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проведенных :сследованил и дано краткое содержание диссертации.

В первой главе параграфы 1 и 2 являются общими для осей , 'аботы. В них описываются экспериментальные установки и ■етодики измерении, основными из которых являются регистрация вечения разряда электронно-оптическими преобразователями (ЗОГП режиме фотохронографа или лупы времени и интерферометрия с омошью интерферометров МаПкельсона или Маха - 11ендера с изуализациеП поля либо фотоэлектронной регистрацией. В остальной асти главы излагаются результаты исследования контрагирования НР

азоте. Прежде всего исследуется динамика возмущении катодной бласти НР в азоте. В §3 сообщается об обнаружении колебании печения катодного слоя (КС) с периодом -200 нсек. Численный асчет Ю.В.Петрушевича показывает, что имеются колебания ацряженности электрического поля Е в КС и концентрации ионов с аким же периодом, вызванные перераспределением ространственного заряда при движении к катоду лавины ионов, параграф 4 посвящен изучению возмущений катодной области аснространяюшихся в разрядном промежутке и пе наблюдавшихся анее. Их характерной особенностью является грибообразная труктура, состоящая из трех светящихся областей: "ножки",

"шляпки" и "бантика", движущаяся со скоростью -5 м/сок. Описана попытка феноменологического подхода к моделированию наблюдаемые структур, основанного на восстановленных из пнтерферограим распределениях плотности газа. Численные расчеты, выполненные М. Д. Тараном, показали, что картину свечения, похожую на результаты экспериментов, можно получить только тогда, когда и местах свечения имеются падения плотности газа N. И •<■> проанализирован характер контрагнрованпя 111' и азоте и влияние на него внешних фактории. таких как состояние поверхности электродов, малых примесеи других газов, начальной температуры и возмущении, созданных лазерноП искрои. Сделан вывод, что шнуры не играют определяющую роль в контракции тока Поэтому дальше рассматриваются объемные модели неустойчивости

В S6 проводится сравнение с экспериментом результатов расчета времени развития неустойчивости Ти с помощью однородной модели с учетом влияния иримесеП кислорода и поды, выполненного К.Б.Банадзе и Г.В ДопаниевоП. Ото время оказывается больше экспериментального. Хорошее согласие расчета, выполненного А.В.Г>ердышевым, и эксперимента получено в случае использования модели, включающей следующие неустойчивости. ikjiiimjiiiioiiho ■ тепловую неустойчивость в результате пряного и ступенчатого механизмов ионизации; неустойчивость, определяемую зависимостью скоростей процессов ассониативнон ионизации от колебательного возбуждения и параметра E/N, неустойчивость, обусловленную ударами второго рода, состоящую в зависимости констант ионизании и возбуждения от запаса колебательной и электронной энергии в газе. Этому посвяшси 57 Пля сравнения брались эксперименты, в которых прнкатодные возмущения, в результате длительного

предварительного воздействия на электроды газоразрядной искры, образовывались только на заключительной стадии разряда.

Во второй главо рассмотрены вопросы, связанные со шнурованном НР в Но и лазерных смесях СОг-Ыг-Не и С0-!^;>. В 51 производится сравнение результатов пкснериментов и выполненного М Л Тараном численного моделирования III' в Не в двумерном приближении Математическая модель учитывала попизапионно-перогревнум неустойчивость И эксперимент, и расчет показывают что возмущение вблизи анода, образованное неоднородностью источника ионизации, прорастает в объем на фоне общего подьема плотности ионов. Заметного обострения электрического поля перед "шнуром" не происходит. Получено хорошее совпадение расчетных и экспериментальных Т„ как при комнатной, так и при криогенной температурах. Второй параграф посвящен неустойчивости НР в смеси 00,;- Не 1 7.о С помощью ЗОН наблюдается однородное свечение разряда во время горения. Только перед самым пробоем появляется шнур, распространяющийся с анода. Интерферометрия показывает слабую радиальную неоднородность плотности газа в результате нагрева. Сформулирована модель, учитывающая известные процессы в активной среде СОг - лазеров, позволяющая рассчитывать предельные характеристики НР для широкого класса условий. Сравнение результатов расчета, выполненного Г.Б.Лопанновой, с экспериментом показывает хорошее количественное согласие, что говорит о малой роли неоднородностей в разряде. Для условий эксперимента удается построить приближенную модель, позволяющую более наглядно описать развитие неустойчивости. Расчеты но одномерной модели, включающей систему уравнений газодинамики, выполненные И.Л.Королевой, выявили роль неоднородности ионизации пучком

быстрых электронов в неустойчивости разряда. Указано также на важность плазмохшшческих процессов, связанных с наличием малых примесей СЬ и Н^О.

Механизмы неустоичивостей НР сильно зависят от динамики нагрева газа и каналов. по которым расходуется энергия электрического поля В литературе существует значительный разброс данных. Поэтому были проведены нлтерферометрические измерения прямого нагрева газа и изучение релаксации колебательной энергии НР в N2 и смеси СО:Мг при комнатной и, впервые, при криогенной температурах, описанные в §3. Получены зависимости доли мошностц разряда, идущей на возбуждение колебаний Г) р от Н/К. При То = 100К в К2 зависимость Г) ^(Е/N) в пределах экспериментальной погрешности (<20%) совпадает с Г^Е/Ю, полученной при То=300К. Экспериментально показано, что в смеси, содержащей СО, при То=Ю0К нагрев газа при достижении порогового энерговклада определяется потерей дефекта энергии при интенсивном колебательно-колебательном (УУ) обмене молекул СО между собой. В условиях эксперимента при комнатных температурах количественно подтверждена определяющая роль паров воды в УТ-релаксации молекул СО и N2.

Описанные в §4 эксперименты показывают, что в большей части объема НР в смеси СО:Ыг горнт однородно. В отличие от НР в чистом азоте при одинаковых внешних условиях нагрев газа в смеси оказывается больше. Другим отличием является сильная зависимость Тв от Т0. Поэтому можно предположить, что развитие неустойчивости в смеси СО:Ыг имеет тепловой характер. Оказалось, что Ти в смеси близко времени, в течение которого волна колебательного возбуждения доходит до уровня, на котором

с

скорость процессов УУ-обмена сравнивается со скоростью процессов УТ-релаксации и вся вкладываемая в разряд энергия начинает идти на разогрев газа.

Во многих случаях эволюция плазменных возмущении и возникающие в результате структуры наблюдаются по модуляции свечения газа. Поэтому значительный интерес представляет изучение механизмов свечения НР, чему посвяшен §5. Было обнаружено послесвечение НР в азоте, интенсивность которого проходила через максимум при То = 100К. При комнатноП температуре аналогичное послесвечение наблюдалось только после вымораживания паров воды. В послесвечении преобладает К - система После выключения

разряда единственным долгоживущим источником энергии при давлениях порядка атмосферного является запас колебательной энергии. Анализ численного решения системы уравнений колебательной кинетики, выполненного В А.Дерюгиным, показал, что сумма засоленностей колебательных уровней с г«31 после разряда проходит через максимум и он совпадает с положением максимума послесвечения Предложены механизмы заселения излучающего уровня В3Пв с участием молекул N21 тлЗ!).

В третьей главе рассматривается НР в смесях НС1 и Нг с благородными газами, представляющих интерес при создании лазеров на галогеноводородах. 51 посвяшен неустойчивости разряда и смесях НС1:Не(Аг). Показано, что в смеси НО с Не нарастание тока разряда происходит в две стадии: первая связана с установлением электронного тока, вторая - с установлением иаиного тока. Ионный ток в несколько раз превышает электронный. Основная причина дальнейшего увеличения тока связана с отлипанием электронов, от ионов С1_ при столкновениях с атомами Н. Т.к. концентрация ионов

lia 1+2 порядка превышает концентрацию электронов пс . то этот процесс приводит к объемной неустойчивости разряда.

Во втором параграфе приведены результаты исследования НР в смесях Нг(D2)-Аг(Не), позволяющего получать большие количества колебательно-возбужденных молекул Нг с 'возможной последующе!! передачей возбуждения на молекулу НС1. Один из эффектов колебательного возбуждения Л? обусловлен резким ростом сечения диссоциативного прилипания электронов с номером колебательного уровня. Поэтому основные свопства разряда определяются временем

установления фупкшш распределения по колебательным уровням Ну). В данной работе впервые исследовался разряд: в условиях, когда 1vv<\¿, длительности накачки, за счет VV-обмена возбуждались высоколежашие уровни и успевало сформироваться плато í(v). Именно это обстоятельство во многом и обусловило качественно иные характеристики разряда и многообразие явлении, не наблюдавшихся ранее. Прежде всего обращает на себя внимание разнообразие светящихся структур, возникающих в течение разряда при небольшом изменении внешних условия. Крайними случаями являются однородное свечение разрядного промежутка, почти неподвижные светящиеся слон, ориентированные поперек электрического поля и медленно движущиеся вдоль поля шнуры. Другой характерной особенностью НР в водородосодержащих смесях является немонотонная зависимость тока разряда от времени. Эти и другие особенности удалось объяснить в рамках созданной модели разряда, обсуждаемой в §3. Был введен в рассмотрение процесс разрушения отрицательных ионов Н" при столкновении с колебательно-возбужденным водородом. Полное моделирование процессов в НР в смеси Нг-Ar, проведенное А.В.Демьяновым и

Ю

И.В.Кочетовым, показало, что ток разряда контролируется в нашем случае процессами диссоциативного прилипания к колебательпо-возбужденным молекулам и последующего разрушения нона Н~ на Нг( У)- Однако дальнейший рост тока разряда и неустойчивость не могут быть объяснены влиянием отлипания. Поэтому в модель были дополнительно введены процессы, в которых участвуют или образуются возбужденные частицы: возбуждение метастабилышх состоянии электронами пучка и разряда, образование возбужденных частип в процессах рекомбинации, передача возбуждения, ионизация возбужденных состоянии, тушение возбуждения и спонтанное • излучение (§4). Результаты численного расчета выполненного А.В.Демьяновым и И.В.Кочетовым и эксперимента показали, что развитие неустойчивости в смеси Нг-Аг связано с нагревом газа, ростом Е/Ы н возбуждением 3Р0 состояния Аг и 251/2 состояния Н. Возбуждение атомов Аг передается на молекулы Нг. Неустойчивость наступает в результате быстрых процессов ассоциативной ионизации: Н'-Аг -> АгН**е и н'г «Н -» Н* *е.

Т.к. частота возбуждения - резкорастущая функция Е/Ы, такой процесс в конечной стадии носит взрывной характер.

Влияние охлаждения смеси Нг-Не, описанное в §5, сводится к общему уменьшению тока НР и изменению формы его эволюции. Это связано с изменением соотношения между прилипанием л отлипанием при охлаждении. Населенности верхних колебательных уровней растут, а диссоциативное прилипание еще достаточно велико иа уровнях с 1)>1. В то же время процесс разрушения Н" возможен лишь для 1/=2+6. На длительности устойчивого горения охлаждение не сказывается. В смеси 2%Иг*^г немонотонная

осциллограмма тока разряда наблюдается только при То=Ю0К. Время начала спада тока разряда в охлажденной смеси на порядок (-0,5 мс) больше аналогичного времени D смеси Нг-Но. За этот эффект, согласно описанной в S6 модели, ответственен VV'-обмон между Hj И N2, константы которого должны иметь провал п температурной зависимости при Т=250-300К. VV'-обмен при криогенных температурах в начале разряда "перехватывает" колебательную энергию с З-'l уровня Нг и передает на 1-ыи уровень N? С ростом поступательной температуры вследствие нагрева газа скорость VV'-обмена уменьшается и при нагреве до Т=200-250 К в результате VV-обмена колебательная энергия начинает "проходить" на верхние уровни Нг, что приводит к уменьшению тока разряда из-за роста скорости диссоциативного прилипания к молекулам Нг( УК При температуре выше комнатной VV'-обмен всегда преобладает над VV-обменом молекул Нг и падения тока разряда не происходит. Описанный механизм подтверждается результатами численных расчетов, выполненных А.В.Демьяновым.

Как показано в §3, концентрация атомов H в HP почти линейно нарастает во времени dn„/c!t=2 Vatlc. где V„-частота

диссоциативного прилипания электрона к молекулам Я2( р) и

достигает к концу разряда Ю16см_3. Такая неравновесно высокая

концентрация H достаточна для синтеза алмазных пленок (ЛИ).

Поэтому были проведены эксперименты и' численные расчеты

эффективности диссоциации Иг и D2 в IIP d смесях Лг:Иг(0гКС0 и

Ar :Hg ( Dg ) :С1Ц, представляющих интерес для осаждения ЛП.

Результаты изложены в §7. Экспериментально показано, что добавки

С0(СН4) на уровне <Ъ%, реально используемом при синтезе ЛП

слабо влияют на энергетические характеристики разряда.

Предлагаемая модель предсказывает, что максимальная концентрация атомов Н растет с увеличением тока пучка и напряжения разряда. Расчеты, выполненные А.В.Демьяновым, показывают, что добавление молекул СО уменьшает концентрацию И до уровня -2-Ю15 см"3, достаточную для осаждения АП со скоростью ~!мкм/ч.

В четвертой главе изложены результаты изучения эволюции поперечных возмущений в HP, приводящей к образованию слоев, ориентированных поперек тока разряда. В §1 описывается доменная неустойчивость аналогичная эффекту Ганка в полупроводниках. Она обусловлена немонотонной зависимостью дрейфовой скорости электронов Vt от E/N п смесях тяжелых благородных газов,

обладающих минимумом Рамзауэра в транспортном сечении рассеяния электронов на атомах газа с молекулярной добавкой. Неустойчивость наблюдалась в смесях СО, N2, Нг. HCJ с Аг в области отрицательного наклона зависимости г/в( E/N) и проявлялась в виде яркосветяшихся слоев, движущихся со скоростью ~Vt. Движение доменов сопровождается колебаниями тока. В зависимости от условий наблюдается большое разнообразие проявлений неустойчивости. В простейших продельных случаях физическая картина неустойчивости связана либо с перегревом электронов при наличии спадающего участка f£(E/N) (при TM<<TU , где Хи=1/4па-

максвелловское время рассасывания избыточных зарядов, о-проводимость плазмы, Ти-время установления характерной энергии электронов), приводящим к дальнейшему росту флуктуации электрического поля (бЕ), либо (при TU<<TM) с ростом концентрации электронов, также сопровождающимся ростом 5Е при условии непрерывности полного тока.

и нткотешюратуриоп плазме известен ото один вид доменной неустойчивости - ирилнпатолмюй, подробно исследованной пкоиерпмснтально и теоретически в условиях, когда скорость днижения домена определяется релаксацией электрического заряда (Тц^ I) 52 проведено исследование динамики развития

прилппательпоп иеустоПчиности для случая распространения поэмутсиии плазмы, связанного с процессами электронного переноса (Т,,<Ти). Гидродинамический подход с учетом поправок на нелокальность электронных кинетических характеристик позволяет качественно верно описать наблюдаемое движение прилипательньп доменов в НР в смеси Ог:Аг и Ог:К'г:Аг. Ранее в экспериментах всегда роализовывался случаи, когда скорость движения домена была велика по сравнению со скоростью звука в газе. В §3 показанс что в НР в смеси Ог:Не скорость доменов уменьшается с ростом тока разряда и с уменьшением содержания кислорода и становится меньше скорости звука в этой смеси. В условиях эксперимента в смесях с малым содержанием 02 в переносе возмущений ведущей становится роль ионного дрейфа. Об этом свидетельствуют результаты расчета, выполненного И.В.Кочетовым. Неоднородность фоновой плазмы и конечность разрядного промежутка приводили к тому, что домены изменяли свою толщину (в ряде случаев и скорость) по мере распространения от катода к аноду.

Вопрос о влиянии поперечного магнитного поля на доменную неустойчивость обсуждался в литературе только применительно, к плазме полупровдников. В §4 излагаются результаты проведенного исследования доменной неустойчивости газовой плазмы в поперечном магнитном поле. Найдены границы области параметров плазмы НР в которой может развиваться доменная неустойчивость. Изучен как

луча л "тонкого" слоя плазмы без холлоиского электрического ноля, ■ак н случал, когда оно устанавливается. Впервые получено 1кспориментальной подтверждение правильности критерия развития юмонноп неустойчивости в магнитном иоле, полученного ранее в ФУгих работах.

В §5 сообщается о наблюдении высокочастотных колебаний тока 1Р в смеси 30:?С02*М2 с периодом -0,1 икс. Зти колебания вязываются с кинетической неустойчивостью, обусловленной [нерциой установления электронной функции распределения. Один [з кинетических коэффициентов в выражении для Рс,

арактеризующий емкостную составляющую электронного тока, тановится отрицательным в области полей, где наблюдаются олебания. что эквивалентно включению отрицательной емкости араллельно активному сопротивлению

В НР в смесях Н2< Эг') - Аг( Не) было обнаружено существование вазистационарных светящихся структур,, ориентированных поперек ока разряда. Эксперимент показал сложную картину установления акого состояния, включающую самопроизвольное расслоение разряда, вижение слоев в разных направлениях и с различной скоростью и х взаимодействие. Изложению этих результатов посвящен §6. бразованис стационарной картины светящихся полос может быть вязано с наличием падающего участка в зависимости потока оложительных ионов от поля, сущсстование которого следует из исленного расчета А.В Демьянова для смеси Нг'Лг по модели, писанной в гл.Ш. Численный расчет начальной стадии 11Р в этой же меси, учитывающий перенос заряженных частип и изменение чектрнче.ского поля выполненный Ю.В.Петрушевичем, показал, что заимодоистице ганновской и колебательно - прили нательной

неустойчивости приводит к преимущественному образованию одного или двух ганновских доменов с резко изменяющейся во времени скоростью движения. При остановке происходит деление домена на три части. В смоси Нг-Не, где Ганновская неустойчивость невозможна, неподвижные полосы наблюдались, что исключает их ганновскую природу.

Взаимодействие одновременно существующих продольных и поперечных структур, как показано в §7, приводит к скачкообразному изменению времени шнурования HP в смесях Hj.'Ar с малым содержанием водорода. Наличие прилииательного домена в смеси Ог:Аг задерживает движущийся с анода шнур.

В заключении ссрормулиропаны основные результаты диссертации:

1. Обнаружены колебания свечения однородного катодного слоя HP в азоте.

2. Исследована эволюция грибообразных возмущений катодной области HP в азоте и выяснена их природа, связанная с особенностями распределения плотности газа.

. 3. Изучена динамика контрагнрования HP в азоте, гелии, смесях СО и СОг-лазеров, смесях HCl и Нг с благородными газами и влияние на нее внешних факторов. Показано, что при сведении их влияния к минимуму, определяющими становятся объемные процессы. Для каждой смеси выявлены конкретные механизмы неустойчивости, приводящей к шнурованию.

4. Измерена эффективность возбуждения колебаний в HP в N2 и смеси ЮлСО^Ь'г при комнатной и криогенной температурах. Показано, что при Т0=ЮОК нагрев лазерной смеси определяется процессами VV-обмена молекул СО.

5. Изучены процессы свечения НР в N2 и смеси Ю%СО М?. Обнаружено послесвечение Ш' п азоте. Предложены механизмы заселения излучающих состоянии азота с участием возбужденных на высокие колебательные уровни молекул N2

С. Обнаружена немонотонная зависимость тока разряда от времени в водородосодержащнх смесях, связанная с процессами прилипания и отлипания при столкновении электонои и отрицательных ионов с молекулами Нг(у). Исследовано влияние на' спад тока состава газовой смеси и начальной температуры газа.

7. Предсказана и исследована доменная неустойчивость НР в смесях молекулярных II благородных газов, п которых дрчПфовля скорость электронов немонотонно зависит от К/И.

8. Прилипательная неустойчивость НР исследована в условиях, когда распространение возмущения плазмы связано с процессами электронного переноса и когда скорость домена сравнима со ;коростью звука.

9. Выяснено влияние поперечного магнитного ноля на доменные 1еустоПчивости и установлен критерий развития Ганновскои ^устойчивости.

10. Обнаружена высокочастотная неустойчивость тока разряда в :редах с положительной дифференциальной проводимостью.

11. Обнаружена и исследована новая форма слоеной [еустоПчивости НР - неподвижные светящиеся структуры в смесях 1гШ2)-Аг(Не).

12. Исследовано взаимодействие продольных и поперечных труктур в НР, приводящее к скачкообразному изменению времени шурования.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Велихов Ell., Голубев С.Л , Немцов Ю.К., Паль Л.Ф., Порсианнев И.Г., Письменный В.Д., Рахимов А.Т. Несамостоятельный стационарный газовый разряд в смесях N2-002 при атмосферном давлении с нонизапион электронным пучком. ЖЗТФ.1973. т. G'j, вып.2, сЛНЗ-519.

2. Паль А.Ф.. Перевознов Л.Ф., Перснанцев И.Г., Рахимов А.Т Влияние взаимной ориентации электрического поля и газового потока на устойчивость несамостоятельного разряда. Письма в ЖТФ. 1981. т".7, c.12S6-1290.

3. Лопанцсва Г.В., Паль АФ., Персианцов И.Г., Полушкин В.М., Старостин А.Н., Тимофеев М.А., Тренева Е.Г. Неустойчивость несамостоятельного разряда в смесях аргона с молекулярными газами. Физика плазмы. 1979. т.5, вып.б, с.1370-1379.

4. Головин A.C., Гурашвили В.А , Кочетов И.В., Кузьмин В.Н., На-партович А.П., Паль А.Ф., Письменный В.Д., Пичупш В.В., Старостин А.Н., Туркин Н.Г. Предельные характеристики несамостоятельного разряда в смеси СО-лазера. ТВТ. 1986. т.24, с.852-856.

5. Бердышев A.B., Головин A.C., Гурашвили A.B., Журавлев Б.В., Кочетов И.В., Кузьмин В.Н., Напартович А.П., Паль А.Ф., Филиппов A.B. 0 роли объемных процессов в шнуровании несамостоятельного тлеющего разряда в азоте. Физика плазмы. 1989. т. 15, вып.З, с.335-341.

6. Александров Н.Л., Кочетов И.В., Мазалов Д.А., Напартович А.П., Паль А.Ф., Пичугин В.В., Старостин А.Н. Электронные коэффициенты переноса и динамика прилипательной неустойчивости в плазме газового разряда. Физика плазмы. 1992, т.18. вып.И. с.1468-1475.

7. Лопанпева Г.Б., Паль А.Ф., Перевознов А.Ф., Персианцев И.Г., Петрушевич Ю.В., Старостин А.Н. Исследование стационарного и импульсного несамостоятельного разряда в азоте при повышенных значениях тока электронного пучка. Физика плазмы, 1979. т. 5,

с. 1117-1127.

Ö. Быстрой СЛ., Лумикова A.M., Мазало» Д.А., Паль А.Ф.,

Старостин А.П., Таран Ы.Д., Таран Т.В., Фплпппон Л В. Структура позмушоний катодной области несамостоятельного тлеющего разряда.-М.; 1991. Препринт ИЛЭ - 5125/7, 52 стр.

9. Демьянов A.B., Кочетов ИВ., Напартопич ЛИ., Паль А.Ф., Письменный В.Д., Ничугин BD. Взаимодействие продольных и поперечных структур в несамостоятельном разряде в смесях Н2(Д2ЬЛг. ДАН СССР. 1989.. т. ЗОГ., )Г- 5, с. 1099-1103.

10. Мазалов ДА., Напартопич А.П., Паль А.Ф. Влияние лазерной искры на устойчивость несамостоятельного разряда. Письма и ЖТФ. 1988,-т. 11, вып. 20, с. 1805-1870.

11. Дерюгин A.A., Кочетов ИВ., Паль А.Ф., Родин A.B., Филиппов A.B. Послесвечение несамостоятельного разряда в азоте при комнатной

и криогенной температурах. Физика плазмы 1991. т. 17, вып. 96 с. 1138-11-17.

12. Дерюгин A.A., Кочетов И.В., Напартопич А.П.. Паль А.Ф.,

Родин A.B., Филиппов A.B. Свечение несамостоятельного разряда в азоте и смесях СО.,\'2=1:9 при комнатной и криогенной температурах - 1.1.: 1990. Препринт ИАЭ-5133-12, 2-1 с.

13. Баиадзе К.В., Вецко В.М., Лопанпсва Г.В., Напартович А.П., Паль А.Ф., Перевознов А.Ф., Попова Т.Е., Старостин А.П., Филиппов A.B. Исследование характеристк несамостоятельного разряда в азоте с примесями кислорода и воды. Физика плазмы. 1985. т.11, вып. 3, с.352-360.

II. Лопанпева Г.Б , Напартович А.П., Паль А.Ф., Перевознов А.Ф., Персианпев И.Г., Старостин А.П. О предельных энерговкладах в несамостоятельном разряде СО2-лазера. Физика плазмы. 1982. т.8, с. 126-1-1268.

.5. Королева И.Л., Лопаидева Г.Б., Напартович А.П , Паль А.Ф., Родни A.B., Филиппов A.B. Неустойчивость несамостоятельного разряда п смеси СОг-лазера. ТВТ. 1990. т.28, с8-17-852.

6. Дерюгин A.A., Котельников Д.С., Кочетов И.В., Лобопко А.П., Паль А.Ф., Филиппов А.В Исследование нагрева в несамостоятельном разряде в азоте и ого смеси с СО. Физика плазмы. 1986. т.12, с.1001 -1086.

7. Дерюгин A.A., Кочетов И.В., Лобопко A.M., Паль А.Ф., Пичупш ВВ., Филиппов A.B. Прямой нагреп и релаксация колебательной энергии в несамостоятельном разряде в N;? и «меси Ю;С0м\'2. Физика плазмы. 1988. т.Н, сЗ-Ю-ЗШ.

18. Бсрдышов A.B., Кочетов И.В., Наиартовнч А.П., Паль А.Ф., Пичупш ВВ., Филиппов A.B. Устойчивость несамостоятельного разряда в СО-лазерных смесях при криогенных температурах. XIX Межд. конф. явлен, ион. газ. Белград 1989. т.З, с.630-531.

19. Демьянов A.B., Кочетов М.В., Лапшина Е.А., Наиартовнч А.П., Паль А.Ф., Перевознов А.Ф., Персианнев И.Г., Неигов В.Г., Старостин А Н. Исследование энергетических характеристик и устойчивости несамостоятельного разряда в смесях HCl с благородными газами. Письма в ЖТФ. Ш80. т.6, с. 585-589.

20. Демьянов A.B., Дятко H.A., Кочетов ИВ., Наиартовнч A.M., Паль А.Ф., Пепгов В.Г., Перевознов А.Ф , Персианнев ИГ'., Старостин А П. Экспериментальное и теоретическое исследование продольных характеристик несамостоятельного разряда в смесях HCl с благородными газами. Физика плазмы. 1981. т.7, с. 1391-1399.

21. Демьянов A.B., Дятко H.A., Кочетов И.В., Наиартовнч А.П., Паль А.Ф., Пичугпн В.В., Старостин А.II. Исследование характеристик несамостоятельного разряда в смеси llj-Ar. Физика плазмы. 1985. т.И, С361-368..

22. Демьянов A.B., Дятко H.A., Кочетов И13., Наиартовнч А П., Паль А.Ф., Пичугпн 1YIV. Старостин А.11. О механизме неустойчивости несамостоятельного разряда в смеси 112-Аг. Физика плазмы 198G. т.!2, с. 623-631.

23. Демьянов A.B., Дятко ПЛ., Кочетов И.В , Наиартовнч Л.П., Паль А.Ф., Ппчугин [i.ß., Старостин А.Н. Характеристики несамостоятельного разряда в смеси Нг-Нс. ЖТФ. 1980. т.58, с. 75-79.

2-1. Демьянов A.B., Кочетов ИВ., Паль А.Ф., Ппчугин В.В. Влияние охлаждения газа на характеристики несамостоятельного разряда в смеси Н2-Нс. Ж'ТФ. 1990. т.СО, с. 20-1-297.

25. Быстров С.А., Демьянов A.B., Паль А.Ф. Рахимов Л.Т.,

Серов Л.О., Суетин 11.В. Исследование эффективности днеоцнаиип молекулярного водорода в несамостоятельном разряде в смесях Hz(D2)-Аг-СО(СН4). Физика плазмы. 1993 т. 19, с.575-583.

26. Александров Н.Л., Напартович А.П., Паль Л.Ф., Старостин А.Н. Новая высокочастотная неустойчивость тока в средах с

■положительной дифференциальной проводимостью. ДАН СССР. 1931. т.256, с.1356-1359.

27. Александров Н.Л.. Кочетов И.В., Мазалов Д.А., Напартович' А.П., Паль А.Ф., Пнчугнн В.В., Старостин А.П. Медленные, прилипательные домены в плазме газового разряда. Физика плазмы, 1993. т. 19,. с.1392-1399

28. Демьянов, A.B., Кочетов И.В., Напартович А.П., Паль А.Ф., Пичугин ВВ., Старостин А.Н. Неподвижные светящиеся слои в несамостоятельном разряде// Письма в ЖТФ. 1986. т.12, с.849-

853.

29. Паль А.Ф., Петрушевич Ю.В., Пичугин В.В., Родии A.B., Старостин А.Н. Исследование динамики катодного слоя несамостоятельного разряда повышенного давления. Физика плазмы. 1985. т.11, с. 1-И?-1420.

30. Журавлев Б.В., Напартович А.П., Паль А.Ф., Пичугин В.В., Родин A.B., Старостин АН., Таран М.Д., Филиппов A.B. К вопросу

о характере контрагирования несамостоятельного разряда. Физика плазмы. 1988. т. 14, с 233-240.

31.' Демьянов A.B., Кочетов ИВ., Напартович А.П., Паль А.Ф., Петрушевич Ю.В , Пичугин ВВ., Старостин А.Н Динамика

слоистых структур в несамостоятельном разряде в смесях Ho(D2)-

Аг. Физика плазмы. 1989. т. 15, с 487-492

32. Демьянов AB, Кочетов ИВ., Паль А.Ф., Филиппов A.B. Исследование несамостоятельного разряда в смесях H2-N2 при комнатной и криогенной температурах. Физика плазмы. 1992. т. 18, с. 768-777.

33. Александров ПЛ., Кончакоп А.М., Кочетов И.В., Напартович А.П., Паль A4'., Пичугин ВВ., Старостин А.Н., Филиппов A.B. Влияние поперечного магнитного поля на доменную неустойчивость в • низкотемпературной плазме. ЖЭТФ, 1990 т.98, с. Ö70-880

34. Паль А.Ф., Старости» АН. Эволюция возмушепип в несамостоятельном разряде повышенного давления. Инженерно-физическиП журнал. 1992. т. 02, с. 701-706.

'iVx!;::",4-Ki::i (н.-дакт'ор О.П. Громова Подписано » печать 16.09.93. Формат 00x90/IG. Уч.-ичд. л. 1,0 Тираж 5G. Заказ 110

Отпечатано и 1'НЦ ,, Курчатовский институт "

J