Исследование процессов в сильноточном разряде высокого давления, обусловленных электродными плазменными струями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи

ПИНЧУК МИХАИЛ ЭРНЕСТОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В СИЛЬНОТОЧНОМ РАЗРЯДЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОДНЫМИ ПЛАЗМЕННЫМИ СТРУЯМИ

01.04.13 — Электрофизика, электрофизические установки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Институте Проблем Электрофизики Российской Академии Наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, Богомаз Александр Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Бобашев Сергей Васильевич

Ведущая организация:

кандидат технических наук, Сафронов Алексей Анатольевич

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Г.,

Защита СОСТОИТСЯ/^ 7*~¿¿¿ЛНЩО! г., В / 7 часов на заседании диссертационного соЛетаЛД 002.131.01 Института электрофизики и электроэнергетики РАН по адресу:

191186, Санкт-Петербург, Дворцовая наб., д. 18, ИЭЭ РАН. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЭФ РАН. Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Киселев Александр Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Данная работа связана с исследованием мощных импульсных разрядов в газе высокой плотности с вкладываемой энергией на уровне 104— 107 Дж при амплитуде разрядного тока 105- 106 А со скоростью его нарастания Ю'-1010 А/с.

Актуальность темы диссертации

Актуальность темы диссертации определяется усиливающимся научным интересом к физике мощных газовых разрядов высокого и сверхвысокого давления, как составной части физики высоких плотностей энергии и экстремального состояния вещества. В практических приложениях мощный импульсный разряд эффективно используется в высокоинтенсивных источниках видимого и ультрафиолетового излучения, источниках накачки мощных лазеров, генераторах сверхзвуковых плазменных струй, мощных генераторах плазмы, для испытания материалов на радиационную стойкость, для получения высоких импульсных давлений, а также для многих других целей. Особый интерес представляет разряд в среде водорода высокой плотности, как наиболее перспективный, например, для применения в гиперскоростных электроразрядных ускорителях макротел с предельными параметрами, для создания моделей астрофизики.

Систематических данных, приведенных в литературе, о разрядах с энерговкладом 104-107 Дж за импульс при амплитуде разрядного тока 105-106 А со скоростью его нарастания 1О9-1О10 А/с при начальном давлении газа 0.1-10 МПа недостаточно. При указанных параметрах возникает разряд со специфическими свойствами: происходит резкий рост падений напряжения в. областях вблизи электродов, достигающих ~1 кВ в дугах мегаамперного диапазона, величина эрозии электрода достигает величины ~102 г/Кл, а электродные эрозионные струи оказывают значительное влияние на параметры разряда и теплообмен между дугой и окружающим газом, концентрация заряженных частиц достигает Параметры разряда отличает

сильная неоднородность при их быстром изменении во времени. Происходящие при этом процессы исследованы недостаточно.

Основные принципиальные трудности диагностики таких разрядов связаны с высокой плотностью плазмы. Наибольшую информацию при

РОС. НАЦИОНАЛЬНА*| БИБЛИОТЕКА 1 СПетсч»т /¿т9 *

исследованиях можно получить использованием комплекса методов. Наиболее перспективно применение скоростных оптических методов: скоростной фото и теневой фотосъемки, измерения оптического поглощения, измерения яркостной температуры. Однако, большой диапазон яркостей, высокое поглощение, запертость излучения в переходной зоне дуга - окружающий газ, технические трудности при работе с высокими давлениями (особенно в водороде) и пр. усложняют применение традиционных схем. Что требует совершенствования методов диагностики и методов обработки экспериментальных данных.

Цель работы и задачи исследования

Цель работы заключается в исследовании физических процессов, связанных с образованием электродных струй, в мощных импульсных разрядах с вкладываемой энергией на уровне 104-107 Дж за импульс при амплитуде разрядного тока 105- 10б А со скоростью его нарастания 109-1010 А/с при начальном давлении воздуха или водорода 0.1-4.0 МПа.

При этом ставились задачи исследования:

1. При указанных выше параметрах исследовать динамику электродных эрозионных струй и их влияние на характеристики разряда; изучить характер теплообмена между дугой и окружающим дугу газом, обусловленный электродными струями; выяснить причины высоких падений напряжения вблизи электродов.

2. Исследовать характер эрозии электродов во взаимосвязи ее с параметрами разряда.

3. Разработать комплекс скоростной оптической диагностики, позволяющий решить поставленные исследовательские задачи.

Научная новизна и практическая ценность

Большинство приведенных в работе результатов исследований являются оригинальными и получены впервые.

Основные новые научные результаты работы состоят в следующем:

Изучены области повышенного выделения энергии в дуге - это области вблизи электродов, где формируются плазменные электродные струи и область взаимодействия струй, расположенная в межэлектродном промежутке. Передача основной части энергии от дуги к газу идет путем турбулентного

теплопереноса в слое смешения электродных струи из зоны горения дуги к холодному окружающему газу.

Установлен размер областей у электродов, являющимися зонами повышенного падения напряжения, суммарная величина которых в разрядах с током 105-106 А достигает ~1 кВ. Эти зоны являются источниками интенсивного излучения. Определены параметры эрозионной плазмы у катода и анода. Предложены механизмы, ответственные за высокие значения падений напряжения вблизи электродов.

Обнаружена симметричная форма эрозионного разрушения электродов. Впервые получена теневая картина симметричного выброса хметалла со всей поверхности торца катода с амплитудой тока 125 кА. Так же зарегистрирован симметричный выброс в форме узкой струи с анода. Оба вида выбросов являются, по-видимому, новой формой эрозии. Предложен механизм, отвечающий за существование подобных выбросов, согласно которому такой тип эрозии обусловлен наличием пинч-эффекта у электрода и, одновременно, действием электродных струй.

Практическая ценность:

Полученные экспериментальные данные и выводы могут быть использованы при создании различных электрофизических устройств с вкладываемой энергией на уровне 104— 107 Дж за импульс при амплитуде разрядного тока КГ-106 А со скоростью его нарастания 109-1010 А/с, таких как импульсные генераторы плазмы, гиперскоростные ускорители тел и многие другие.

Уменьшение износа электродов имеет весьма большую практическую значимость. Предложенный механизм выброса материала электрода содержит рекомендации по управлению поступлением примесей в канал разряда, что может быть практически использовано для всех выше упомянутых электрофизических устройств.

Реализация результатов работы

Основные результаты работы реализованы в ИПЭФ РАН при обосновании тематики исследований в рамках Программы Фундаментальных исследований Президиума РАН и при обосновании ТЗ к контрактам с Миннауки и зарубежными организациями.

Апробация работы и публикации

Основные результаты докладывались и обсуждались на: XV международной конференции Уравнения Состояния Вещества (1-7 марта 2000), Терскол; международной научно-практической конференции Вторые Окуневские Чтения (2-7 октября 2000), Санкт-Петербург; всероссийской конференции по Физике Низкотемпературной Плазмы ФНТП-2001 (1-7 июля

2001), Петрозаводск; IEEE Pulsed Power Plasma Science Conference - PPPS-2001 (The 23Ш IEEE International Conference on Plasma science and The 13th IEEE International Pulsed Power Conference, 17-22 June 2001), Las Vegas, Nevada, USA; XVII международной конференции Уравнения Состояния Вещества (1-6 марта

2002), Эльбрус; XVIII международной конференции Воздействие Интенсивных Потоков Энергии на вещество (1-6 марта 2003) Эльбрус; IV International conference on Plasma Physics and Plasma Technology - PPPT-4 (15-19 September

2003), Minsk, Belarus; на XI международной научной школе-семинаре - Физика импульсных разрядов в конденсированных средах (19-23 августа 2003), Коблево, Николаев, Украина; а также на ежегодных семинар-школах для молодых ученых по Физике Низкотемпературной Плазмы, (Пылевая плазма -новая актуальная проблема фундаментальной физики, 29 августа- 4 сентября, 2000; Физика плазмы, 1 - 8 сентября 2001; Актуальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы, 2-9 сентября 2003), ПетрГУ, Петрозаводск, Шотозеро.

Основные материалы диссертации изложены в 17 печатных работах, список которых приведен в конце диссертации.

На защиту выносятся

1. Экспериментальные результаты исследований влияния электродных плазменных струй на характеристики разряда, полученные при помощи разработанного комплекса оптической диагностики, включающего теневой метод, позволивший исследовать разряд при токах свыше 105 А.

2. Определение параметров приэлектродньгх областей, соответствующих областям повышенного энерговыделения и повышенной напряженности поля в разрядном промежутке.

3. Результаты исследований эрозии электродов. Впервые зарегистрированы симметричные выбросы материала электрода. Предложен механизм, отвечающий за эрозию в форме таких выбросои.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами публикации по теме диссертации.

Структура и объем диссертации

По своей структуре диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них и заключения, содержит 125 страниц машинописного текста, в том числе 48 рисунков, 1 таблицу. Список цитированной литературы содержит 152 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и перспективность темы исследования, сформулированы цель работы, основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе представлен обзор литературы. Проводится обзор исследований сильноточных разрядов высокого давления; особое внимание уделяется работам по исследованию электродных струй и эрозии электродов в разрядах высокого давления, а также анализу экспериментальных методов исследования. Отмечается отсутствие комплексных экспериментальных данных о процессах в разрядах с энер го вкладом 104-10^ Дж за импульс с высокой начальной плотностью рабочего газа, особенно в среде водорода.

В конце главы на основании проведенного анализа литературных данных формулируются задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки и разработке комплекса оптической диагностики.

Приводится описание разрядной камеры, источника питания, систем контроля, управления, измерения и регистрации. Разрядная камера (рис. 1) эксплуатировалась при следующих параметрах: начальное давление воздуха или водорода 1.0-4.0 МПа, амплитуда разрядного тока (0.5-5.0)105 А при скорости его нарастания (0.5—1.0)1010 А/с. Импульсное давление до 40 МПа. Энерговклад в разряд до 200 кДж. Расстояние между электродами менялось oг 5 мм до 40 мм. Применялись электроды из меди, вольфрама, ВНЖ диаметром

оптического поглощения, измерение

5 6 мм и 10 мм. Разряд инициировался

взрывом медной или стальной

проволочки диаметром 0.15 мм. Стенки

разрядной камеры являлись обратным

токопроводом. Объем разрядной камеры

- 1600±50 см3. Емкость конденсаторной

батареи 0.018 Ф.

Оптическая диагностика включает в

_ „ себя скоростную фотосъемку, скоростную

Рис. 1, Схема диагностической

теневую фотографию, измерение

диагностические окна, 3 датчик давления, 4

яркостной температуры с временным

катод. ,

разрешением до 1 мкс и пространственным

разрешением ~0.15 мм.

Методы адаптированы к условиях измерений в мощных импульсных разрядах в плотном газе. При использовании каждого метода применялось несколько схем, направленных на решение конкретных экспериментальных задач. Теневой метод (рис. 2) обеспечивает контрастное выделение излучения зондирующего источника - аргонового лазера на фоне собственного излучения разряда путем использования пространственной фильтрации излучения и спектральной фильтрации интерференционными фильтрами. При измерении поглощения применялись схемы свободные от влияния рефракции. В качестве просвечивающего источника использовались лазер и капиллярный источник Подмошенского. При измерении яркостной температуры осуществлялась одновременная регистрация в заданном спектральном диапазоне исследуемого разряда с эталонным источником яркостной температуры 3.9-104 К -капиллярным источником Подмошенского. Для ограничения светового потока использовались нейтральные светофильтры и пространственная фильтрация света. Заданный спектральный диапазон выделялся комбинацией широкополосных цветных и узкополосных интерференционных светофильтров.

Основное внимание уделено обоснованию и расчету методов, методике обработки экспериментальных данных. Анализируются причины и рассчитываются погрешности оптических измерений. Погрешность измерения яркостной температуры - 25%, измерения оптического поглощения -

25% - 50%. Предельная величина оптического поглощения (оптической плотности) канала разряда т, при просвечивании лазером, составляет ~5 при погрешности 50%. При просвечивании источником Подмошенского предельная величина поглощения ~1 при погрешности 50% при сопоставимой яркости канала разряда. Схема для измерения поглощения окружающего канал разряда газа дает предельную величину поглощения т окружающего газа ~1 при уровне погрешности 50%. Меньшим оптическим плотностям при меньших яркостях соответствует меньшая погрешность.

При оптических измерениях выбранными методами фоторегистрация производилась при помощи скоростной ждущей фотокамеры ЖЛВ-2 на фотопленку чувствительностью 1000 ед. ГОСТ с коэффициентом контрастности 1.9. При дальнейшей обработке осуществлялся ввод изображения с фотопленки в компьютер с проявленных фотоплёнок при помощи сканера пленок Aser ScanWit 2740S. Система потоковой компьютерной обработки и визуализация оптических измерений дает динамику изменения необходимых параметров (таких, как температура, характер движения газа и пр.) во времени и пространстве и позволила получить новые физические результаты.

Третья глава представляет результаты исследования процессов в разряде высокого давления в водороде и воздухе, обусловленных электродными плазменными струями.

Приводятся данные измерений электротехническими методами, измерения импульсных давлений. Анализируется вид динамических и статических вольт-амперных характеристик, учитывается падение напряжения на токоподводах и в электродах. Типичный вид осциллограмм тока, напряжения и давления представден на рис. 3.

Приводятся данные скоростной теневой съемки, скоростной фотографии, измерения оптического поглощения и яркостной температуры.

На основе анализа всей совокупности экспериментальныхданных проведен расчет параметров приэлектродной плазмы, оцениваются скорость плазмы в электродных струях и концентрация паров металла. Определяется расположение областей повышенного энерговыделения в разрядном промежутке и напряженность поля в них. Анализируется устойчивость разряда и механизм теплопередачи от разряда к газу, обусловленные электродными струями.

Наблюдаются две стадии (два режима) течения струй - нестационарная, переходящая в квазистационарную, что, по-видимому, взаимосвязано с образованием пятен различного типа в зависимости от длительности прогрева электрода, плотности и величины тока, размеров и материала электрода и т.д.

Нестационарные струи связаны с образованием быстроперемещающихся электродных пятен. Они истекают из центральных областей электродов и образуются уже при взрыве проволочки. Конусообразные струи этого типа

Рис. 3. Осциллограммы тока, напряжения и давления для разряда в водороде (вольфрамовые электроды диаметром 6 мм. межэлектродное расстояние 10 мм. зарядное напряжение конденса горной батареи 3 кВ. начхчьное давление газа 1.0 МПа),

4. Квазистационарная анодная (а) к катодная (б) стр)я в разряде и водороде (а - вотьфрамоьые электроды диаметром 6 мм, межэлектродное расстояние 10 мм, амплипда тока -125 кА. начальное давление 1.0 МПа, анод (1) слева, катод (2) справа. Ь - медные электроды диаметром 10 мм, Лы 330 кА. Ро КО МПа. I 10 мм; анод (1) слева, катод (2) справа)

наблюдаются в первые микросекунды от начала разряда. Причиной их образования может быть слияние единичных струй от быстроперемещающихся пятен. Плазма этих струй полупрозрачна.

Квазистационарные струи (рис. 4) истекают из общей ванны расплава электрода, которая образуется после его прогрева. Время прогрева зависит от материала электрода, его диаметра и плотности тока. В наших условиях при плотности тока 1 ОМ О6 А/см2 время прогрева составляет несколько десятков микросекунд. Струи этого типа отличает высокая направленность с приблизительным сохранением параметров газодинамической структуры в течение длительного времени порядка нескольких сотен микросекунд (время характерное для полки напряжения на осциллограммах). Плазму этих струй отличает высокая яркость (яркостная температура порядка -2—5-1С4 К), большая оптическая толщина (больше 5).

Времени образования квазистационарных электродных струй соответств>ет достижение максимальной яркостной температуры для разрядов с амплитудой тока выше 2СС кЛ, что связывается с увеличением плотности тока до 5- 1С—1С6 А/см2 вследствие роста амплитуды разрядного тока с одновременным уменьшением диаметра канала разряда при сжатии собственным магнитным полем. Меньшим амплитудам тока соответствует локальный максимум яркостной температуры. Максимальная зафиксированная яркостная температура вблизи катода (59± 15)-1С3 К, вблизи анода (52±13)-1С3 К.

Параметры эрозионной плазмы вблизи торцов электродов определялись на основании измеренной яркостной температуры Г и оценки давления Р. Концентрация паров металла п и среднего заряда ионов Ш определялись из системы уравнений:

здесь г - среднее значение потенциала ионизации для вольфрама в точке

Величина Р оценивалась двумя способами: по положению скачка уплотнения в катодной струе и из предположения о равенстве магнитного и газокинетического давления у основания струй. Моментам времени, соответствующим достижению максимальной яркостной температуры вблизи соответствующего электрода, давление Р составляет величину 177 МПа у катода „ ша чгт--------- тт------------------------------а--------плазмы у катода п

= 5.3-10" см3 и т - 3.1, у анода я = 7.4-1019 см"3 и т = 2.6.

Величина напряжения при определенном межэлектродном расстоянии имеет четко выраженный максимум, как для разряда в воздухе, так и для разряда в водороде. Зависимость установившегося давления в разрядной камере после разряда от межэлектродного расстояния в целом повторяет ход зависимости напряжения. Причиной, определяющей высокое падение напряжения на разрядном промежутке и его немонотонный рост, является взаимодействие электродных струй между собой. При разряде с амплитудой тока 220 кЛ в водороде при начальном давлении 1 МПа с вольфрамовыми

электродами диаметром 6 мм напряжение на разрядном максимально на длине ~14 мм (рис. 5). Эта длина соответствует наиболее интенсивному взаимодействию катодной струи с анодной. С дальнейшим ростом длины разрядного промежутка интенсивность взаимодействия струй ослабляется, область взаимодействия струй постепенно исчезает и напряжение надает.

Области формирования электродных струй вблизи электродов и область взаимодействия струй соответствуют областям наибольшего энерговыделения в разрядном промежутке и характеризуются повышенной напряженностью поля по отношению к другим участкам промежутка.

Струи имеют турбулентный характер течения. Скорость плазмы в электродных струях оценивается в ~\0* м/с.

Оценки энергии, переданные от разряда к газу при помощи различных механизмов теплопроводности, показывают, что основная доля энергии передается путем турбулентной теплопроводности в слое смешения электродных струй. Вихревое движение газа в разрядной камере, обусловленное анодной и катодной струями и наблюдаемое при помощи теневого метода, способствует скорейшему перемешиванию газа и выравниванию температуры.

В четвертой главе приводятся результаты по исследованию особенностей эрозии электродов в изучаемых разрядах. Получена статистика по величине эрозии (и коэффициенту электропереноса) в зависимости от начального давления, амплитуды тока (зарядного напряжения), рода газа, при различных межэлектродных расстояниях, диаметре и материале электродов.

Рис. б. Уровень эрозии в зависимости от длины межэлектродного расстояния для разряда в водороде

(вольфрамовые электроды диаметром 6 мм, амплитуда тока -220 кА, начальное давление 1.0 МПа).

1$ 10 15 20 Ь,чч

7. Симметричный выброс жидкого вотьфрама с поверхности катода в разряде с начальным давлением водорода 1 МПа после максимума гока при токе -120 кА в момент начала выброса (вольфрамовые электроды диаметром 6 мм, межэлектродное расстояние 10 мм, амплитуда тока 125 кЛ, анод (I) слева, катод (2) справа)

Показано, что эрозия электродов идет неравномерно в течение разряда Значительная доля эрозии приходится на время после максимума тока в виде макроскопических выбросов с электрода

Эрозия электродов имеет сложную зависимость от длины межэлектродного промежутка. Ход кривой зависимости эрозии от длины межэ1ектродного промежутка (рис. 6) имеет связь с аналогичной зависимостью хода напряжения на разрядном промежутке

Для разряда в воздухе с амгогитудой тока выше 100 кА теневым методом регистрируются ударные волны, отходящие от канала разряда вблизи максимума тока после формирования квазнстационарных электродных струй После максимума тока наблюдается взрывообразное разрушение электрода

В случае разряда в водороде зарегистрирован симметричный выброс материала со всей поверхности торца эаектрода, а также в виде симметричной струи при большем диаметре электродов В разряде в водороде с начальным давлением 1 МПа с амплитудой тока 125 кА с вочьфрамовыми электродами диаметром 6 мм и межэлектродным промежутком 10 мм происходит симметричный выброс со всей поверхности катода (рис. 7) Начало выброса происходит на спаде тока. Скорость движения и толщина выброса составляют ~90 м/с и 5±2 10 2 см соответственно Считая радиус сброшенной оболочки равным радиусу катода 0 3 см при ее удельном весе равном весу вольфрама 19 4 г/см3 и толщине 5±2-102 см, ее масса составит 0 27±0 11 г Эго соответствует удельной эрозии 8±3 103 r/Кл В разряде с электродами из ВНЖ большего диаметра 10 мм также на спаде тока происходит симметричный выброс вещества из центральной части анода в виде узкой струи диаметром 1-2 мм (рис 8). При этом на стадии роста тока в этом случае наблюдается яркий факел такого же диаметра, чю юворит о неравномерном перераспределении плотности тока

При амплитудах тока порядка 300 к А и выше, выбросы в виде капель вещества с поверхности электрода происходят уже после окончания

им пульса тока.

По нашему мнению в основе указанных явлений лежит механизм, основанный на нарушении давления в глубине расплавленного поверхностного слоя электрода с давлением над электродом при равенстве магнитного и газокинетического давлений у основания электрода. При уменьшении скорости нарастания тока отношение между магнитным давлением и газокинетическим начинает уменьшаться при продолжающемся нагреве газа в канале разрядным током, что приводит к генерации ударных волн. Перегрев, существующий в теле электрода, при дальнейшем спаде тока приводит к взрывным выбросам с его поверхности.

Эрозия электродов вместе с тем зависит от газового наполнения промежутка и геометрии электродов. Степень проплавления электрода зависит от взаимодействия с электродными струями. При обтекании электрода струя переносит на него часть энергии из разрядного промежутка, способствуя большему его проплавлению.

Симметричные выбросы материала электрода происходят с электрода, от которого во время выброса истекает электродная струя. В то же время, необходимым условием возникновения выброса является достаточно длительное воздействие в предыдущий период на этот электрод мощной струи с другого электрода. Это реализуется в указанных случаях симметричных выбросов с электродов в разряде в водороде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Создан комплекс оптической диагностики для изучения плазменных явлений в сильноточном импульсном разряде высокого давления с силой тока свыше 100 кА. Ведущая роль при этом отводится теневому методу, впервые

Рис. 8. Выброс узкой струи металла (I) с анода на спаде импульса тока (электроды из ВНЖ диаметром 10 мм, межэлектродное расстояние 10 мм, амплитуда тока 110 кА, анод слева, катод справа).

позволившему исследовать эволюцию разряда в целом (динамику канала разряда и окружающего канал газа) при токах свыше 105 А.

Система компьютерной обработки и визуализация измерений позволила получить ряд новых физических результатов, не обнаруженных ранее.

2. Величина падения напряжения на разрядном промежутке определяется областями вблизи электродов, где происходит образование струй, и областью взаимодействия струй. Продольный размер этих областей составляет 1-3 мм. Эгим областям соответствует наибольшее энерговыделение в разрядном промежутке и большая часть падения напряжения на разрядном промежутке. Напряженность поля в этих областях ~7'103 В/см для разряда в воздухе и ~1.2,10' В/см для разряда в водороде при начальном давлении 1 МПа. При увеличении начального давления напряженность поля значительно возрастает. На остальных участках разрядного промежутка напряженность поля 50-100 В/см.

Определены параметры плазмы в областях повышенного энерговыделения.

Области высокого падения напряжения обусловлены:

а) Высокой излучательной способностью эрозионной плазмы;

б) Наличием ударно сжатых областей из-за взаимодействия струй между собой, с противоположным электродом и окружающим газом;

в) Движением струй поперек магнитного поля, созданного током разряда.

Основным механизмом передачи энергии от разряда к газу является

турбулентный теплообмен в слое смешения в электродных струях. Значительная доля энергии выносится электродными струями в окружающий газ. Кроме того, струи создают интенсивное вихревое течение газа в объеме, способствуя его перемешиванию в объеме камеры.

3. Впервые зарегистрирован симметричный выброс вещества материала электрода в сильноточном импульсном разряде высокого давления в водороде.

В разрядах с силой тока 105 — 106 А, плотностью т ЮЪ— ^ААм3 в газе высокой начальной плотности и длительностью в несколько сотен микросекунд характер эрозии определяется сложным взаимодействием интенсивных электродных струй с электродами и пинч-эффектом. Причем вклад эрозии в виде отдельных выбросов составляет значительную часть эрозии в разрядах таких параметров.

Предложен механизм выброса материала электрода, который связан с нарушением баланса между давлением над поверхностью и внутри его.

Работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института Проблем Электрофизики PAH.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

[1] A.A. Богомаз, A^. Будин, ВА. Коликов, М.Э. Пинчук, A.A. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Генерация ударных волн сильноточным импульсным разрядом в плотной газовой среде. I Матер. XV международ, конф. VpaBHeHna Состояния Вещества (1-7 марта 2000), Терскол, 2000, с. 99-100

[2] A.A. Богомаз, A^. Будин, ВА. Коликов, М.Э. Пинчук, A.A. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Влияние электродных струй на теплообмен в камере электроразрядного ускорителя масс. I Тезисы международ, научно-практ. конф. - Вторые Окуневские Чтения (2-7 октября 2000), ч. 1, Санкт-Петербург,

2000, с. 84-85.

[3J A.A. Богомаз, A^. Будин, ВА. Коликов, М.Э. Пинчук, A.A. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Влияние электродных струй на теплообмен в камере электроразрядного ускорителя масс. I сб. трудов международ, научно-практ. конф. - Вторые Окуневские Чтения (2-7 октября 2000), т. 1, Санкт-Петербург,

2001, с. 154-159.

[4J A.A. Богомаз, A^. Будин, В.А Коликов, М.Э. Пинчук, A.A. Позубенков, Ф.Г Рутберг. Исследование электрических струй в разрядах в водороде и воздухе с силой тока до 500 к\. I Матер, конф. ФНТП-2001 (1-7 июля 2001), Петрозаводск, 2001, т. 2, с. 23-27.

[5] Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, VA Kolikov, M.E. Pinchuk, A.A. Pozubenkov. Investigation of anode and cathode jets influence on electric arc properties with current up to 500 kA. I Pulsed Power Plasma Science Conference Proceedings- PPPS-2001 ( The 28th IEEE International Conference on Plasma science and The 13"1 IEEE International Pulsed Power Conference, 17-22 June 2001), Las Vegas, Nevada, USA, 2001, p. 1074-1078.

[6] A.A. Богомаз, A^. Будин, ВА Коликов, М.Э. Пинчук, A.A. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Исследование влияния катодной и анодной струй на свойства

сильноточной электрической дуги. // Журнал Технической Физики, 2002, том 72, вып. 1, с. 28-35.

[7] А.А. Богомаз, Л.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков, Ф.Г. Рутберп Особенности эрозии анода при амплитуде разрядного тока свыше 105 А. / Тезисы XVII международ. Конф. Уравнения Состояния Вещества (1-6 марта 2002), Эльбрус, 2002, с. 98-99.

[8] А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков, Ф.Г. Рутберп Особенности эрозии анода при амплитуде разрядного тока свыше 105 А. / Сб. по матер. XVII международ. Конф. Уравнения Состояния Вещества (1-6 марта 2002) - "Физика экстремальных состояний вещества -2002", Эльбрус, 2002, с. 126-128.

[9] М.Э. Пинчук. Исследование влияния эрозионных струй на свойства сильноточной электрической дуги с силой тока до 1 МА с применением теневой оптической и рентгеновской диагностики. / аннотации работ по грантам Санкт-Петербургского конкурса 2002 г. для студентов, аспирантов и молодых специалистов - Седьмая Сант-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, изд. СпбГУ, 2002, с. 29.

[10] А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков, Ф.Г. Рутберп Особенности эрозии электродов при амплитуде разрядного тока свыше 10" А. // Доклады Академии Наук, т. 388, № 1,2003, с. 37-40.

[11] А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Эрозия электродов в импульсной дуге с аматитудой тока выше 100 кА. / Тезисы XVIII международ. Конф. Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество (1-6 марта 2003) Эльбрус, 2003, с. 129.

[12] А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Эрозия электродов в импульсной дуге с амплитудой тока выше 100 кА. / Сб. по Матер. XVIII международ. Конф. Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество (1-6 марта 2003) - "Физика экстремальных состояний вещества - 2003", Черноголовка, 2003, с. 161.

[13] А.А. Богомаз, А.В. Будин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А, Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Исследование влияния движения окружающего дугу газа на величину падений напряжения у электродов. / Тезисы XVIII международ. Конф. Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество (1-6 марта 2003) Эльбрус, 2003, с. 130.

[14] АЛ. Богомаз, А.В. Буцин, В.А. Коликов, М.Э. Пинчук, А.А. Позубенков, Ф.Г. Рутберг. Исследование влияния движения окружающего дугу газа на величину падений напряжения у электродов. / Сб. по матер. XVIII международ. Конф. Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество (1-6 марта 2003) - "Физика экстремальных состояний вещества - 2003", Черноголовка, 2003, с. 162-163.

[15] Ph.G. Rutberg, А.А. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, M.E. Pinchuk, A.A. Pozubenkov. Investigation of anode and cathode jets influence on electric arc properties with current up to 500 kA. // IEEE Transaction on Plasma Science (IEEE Trans. Plasma Sci.), vol. 31, № 2, april,2003, p. 201-206.

[16] А.А. Богомаз, М.Э. Пинчук, Ф.Г. Рутберг, А.В. Будин, В.А. Коликов, А.А. Позубенков. Влияние движения окружающего дугу газа на величину падений напряжения у электродов. / Сб. по матер. XI международ, науч. школы-семинара Физика импульсных разрядов в конденсированных средах (19-23 августа 2003), Николаев, "Атол", 2003, с. 79-81.

[17] А.А. Bogomaz, ME. Pinchuk, PLG. Rutberg, A.V. Budin, V.A. Kolikov, AA. Pozubenkov. The electrode erosion in a pulse discharge with current amplitude above 100 kA. /The ProceeedingofIV International conference on Plasma Physics and Plasma Technology - PPPT-4 (15-19 September 2003), Minsk, Belarus, 2003, vol. П, paper№ 8.02, p. 916-918.

Подписано в печать 22.01.2004 Объем 1,0 усл. п. л.

Тираж 100 экз. Заказ № 01 /04

Отпечатано в секторе оперативной полиграфии Инновационно-инвестиционного комплекса Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29

* -3 79 3

Введение

Глава 1. Сильноточные импульсные дуги высокого давления и методы их диагностики

1.1. Разряды высокого давления

1.1.1. Сильноточные дуги

1.1.2. Эрозионные электродные струи

1.1.3. Эрозия электродов

1.2. Методы диагностики

1.2.1. Электротехнические, зондовые и магнитозондовые методы. Измерение импульсных давлений

1.2.2. Спектральные методы

1.2.3. Рентгеновская диагностика

1.2.4. Скоростная фотосъемка, интерферометрия, теневые методы, измерение оптического поглощения

1.3. Выводы

1.4. Постановка задач исследования

Глава 2. Экспериментальная установка и разработанные методы диагностики

2.1. Диагностическая разрядная камера

2.2. Система энергопитания. Система контроля, управления, измерения и регистрации

2.2.1. Источник питания

2.2.2. Система управления, контроля, измерения и регистрации

2.3. Разработанные методы оптической диагностики

2.3.1. Теневой метод

2.3.2. Скоростная фотография

2.3.3. Измерение оптического поглощения

2.3.4. Измерение яркостной температуры

2.3.5. Обработка данных экспериментов

2.4. Выводы

Глава 3. Исследование эрозионных электродных струй в разрядах в воздухе и водороде

3.1. Электротехнические измерения

3.2. Оптические измерения 73 3.2.1 Общая картина согласно измерениям скоростной фотосъемки и теневого метода

3.2.2. Измерение яркостной температуры

3.2.3. Измерение оптического поглощения

3.2.4. Характер движения газа

3.3. Обсуждение результатов

3.3.1. Режимы течения электродных струй

3.3.2. Параметры приэлектродной плазмы

3.3.3. Области повышенного энерговыделения

3.3.4. Скорость плазмы и концентрация паров металла

3.3.5. Устойчивость 91 3.3.6 Механизм теплопередачи от разряда к газу

3.4. Выводы

Глава 4. Исследование особенностей эрозии электродов

4.1. Результаты экспериментов

4.2. Обсуждение результатов

4.3. Выводы 103 Заключение 105 Литература

Данная работа связана с исследованием мощных импульсных разрядов в газе высокой плотности с вкладываемой энергией на уровне 104 -107 Дж при амплитуде разрядного тока 104 - 106 А со скоростью его нарастания 109 — 1010 А/с.

Актуальность темы диссертации

Актуальность темы диссертации определяется усиливающимся научным интересом к физике газовых разрядов высокого и сверхвысокого давления, как составной части физики высоких плотностей энергии и экстремального состояния вещества. Исследования в области уравнения состояния вещества требуют новых надежных данных о термодинамических, оптических, электрофизических и других свойствах плотной плазмы, которые в некотором диапазоне значений в лаборатории доступны лишь в таких разрядах. В астрофизике в атмосферах звезд перенос энергии происходит подобно тому так, как в периферийных зонах газового разряда высокого давления.

С другой стороны, исследования разрядов высокого и сверхвысокого давления определяются прикладными задачами, поскольку их использование является основой для работы многочисленных устройств. Это и высокоинтенсивные источники видимого и ультрафиолетового излучения, и источники накачки мощных лазеров, и генераторы сверхзвуковых плазменных струй, и мощные генераторы плазмы. Испытание материалов на радиационную стойкость и получение высоких импульсных давлений, температурная обработка поверхностей и многое другое — все это сферы приложения мощного импульсного разряда в плотном газе.

Особый интерес представляет разряд в среде водорода высокой плотности, как наиболее перспективный, например, для применения в гиперскоростных электроразрядных ускорителях макротел с предельными параметрами, для создания моделей астрофизики.

В связи с многочисленными приложениями импульсный разряд интенсивно исследуется уже много десятилетий. Накоплен большой экспериментальный и теоретический материал. Однако, можно сказать, что круг вопросов, связанных с этими исследованиями не исчерпан и продолжает расширяться. Требуется все более детальное, разрешенное во времени и в пространстве, изучение процессов в таких разрядах. Несмотря на огромный практический интерес, в литературе имеется существенный недостаток в систематических данных о разрядах с энерговкладом 104-107 Дж при амплитуде разрядного тока 104-106 А со скоростью его нарастания 109—1010 А/с. При указанных параметрах возникает разряд со специфическими свойствами: происходит резкий рост падений напряжения в зонах у электродов, достигающий ~1 кВ в дугах мегаамперного диапазона, величина эрозии электрода достигает величины ~10"2 г/Кл, а электродные эрозионные струи оказывают значительное влияние на параметры канала дуги и теплообмен между дугой и окружающим газом, концентрация заряженных частиц достигает 10,9-1020 см"3. Происходящие при этом процессы исследованы недостаточно.

Параметры разряда отличает сильная неоднородность при их быстром изменении во времени. Диагностика таких процессов ставит большой комплекс проблем. Основные принципиальные трудности для диагностики связаны с высокой плотностью плазмы.

Для диагностики плотной плазмы широко используют электротехнические, оптические, зондовые, рентгеновские методы, измерение импульсных давлений. Ни один из имеющихся методов не в состоянии дать исчерпывающей информации о разряде и все они имеют свои ограничения. Наибольшую информацию можно получить только использованием комплекса методов.

Наиболее перспективно применение скоростных оптических методов. Скоростное фотографирование, теневые и шлирен — скоростные методы, а также измерение оптического поглощения дают наиболее полный набор данных о состоянии плазмы разряда при наименьших затратах. Поэтому они получили большое распространение в исследованиях разрядов высокого давления. Однако, большой диапазон яркостей, высокое поглощение, запертость излучения в переходной зоне дуга - окружающий газ, технические трудности при работе с высокими давлениями (особенно в водороде) и пр. усложняют применение традиционных схем. Что требует совершенствования методов диагностики и методов обработки экспериментальных данных.

Цель работы и задачи исследования

Цель работы заключается в исследовании физических процессов, связанных с образованием электродных струй, в мощных импульсных разрядах с вкладываемой энергией на уровне 104—! О7 Дж за импульс при амплитуде разрядного тока 105—106 А со скоростью его нарастания 109-1010 А/с при начальном давлении воздуха или водорода 0.1-4.0 МПа.

При этом ставились задачи исследования:

1. При указанных выше параметрах исследовать динамику электродных эрозионных струй и их влияние на характеристики разряда; изучить характер теплообмена между дугой и окружающим дугу газом, обусловленный электродными струями; выяснить причины высоких падений напряжения вблизи электродов.

2. Исследовать характер эрозии электродов во взаимосвязи ее с параметрами разряда.

3. Разработать комплекс скоростной оптической диагностики, позволяющего решить поставленные исследовательские задачи.

Научная новизна и практическая ценность

Большинство приведенных в работе результатов исследований являются оригинальными и получены впервые.

Основные новые научные результаты работы состоят в следующем:

Изучены области повышенного выделения энергии в дуге—это области вблизи электродов, где формируются плазменные электродные струи и область взаимодействия струй, расположенная в межэлектродном промежутке. Передача основной части энергии от дуги к газу идет путем турбулентного теплопереноса электродными струями из зоны горения дуги к холодному окружающему газу.

Установлен размер областей у электродов, являющимися зонами повышенного падения напряжения. Суммарная величина падения напряжения вблизи электродов в разрядах с током 105-106 А достигает ~1 кВ. Эти зоны являются источниками интенсивного излучения. Определены параметры эрозионной плазмы у катода и анода. Предложены механизмы, ответственные за высокие значения падений напряжения вблизи электродов.

Обнаружена симметричная форма эрозионного разрушения электродов. Впервые получена теневая картина симметричного выброса металла со всей поверхности торца катода. Так же зарегистрирован симметричный выброс в форме узкой струи с анода, являющиеся, по-видимому, новой формой эрозии. Предложен механизм, отвечающий за существование подобных выбросов, согласно которому такой тип эрозии обусловлен наличием пинч-эффекта у электрода и, одновременно, действием электродных струй.

Практическая ценность:

Полученные экспериментальные данные и выводы могут быть использованы при создании различных электрофизических устройств с вкладываемой энергией на уровне 104—107 Дж при амплитуде разрядного тока 104—106 А со скоростью его нарастания 109—1010 А/с, такие как импульсные генераторы плазмы, гиперскоростные ускорители тел и многие другие.

Уменьшение износа электродов имеет весьма большую практическую значимость. Предложенный механизм выброса материала электрода содержит рекомендации по управлению поступлением примесей в канал разряда, что может быть практически использовано для всех выше упомянутых электрофизических устройств.

Реализация результатов работы

Основные результаты работы реализованы в ИПЭФ РАН при обосновании тематики исследований в рамках Программы Фундаментальных исследований Президиума РАН и при обосновании ТЗ к контрактам с Миннауки и зарубежными организациями.

Апробация работы и публикации

Основные результаты докладывались и обсуждались на: XV международной конференции Уравнения Состояния Вещества (1-7 марта 2000), Терскол; международной научно-практической конференции Вторые Окуневские Чтения (27 октября 2000), Санкт-Петербург; всероссийской конференции по Физике Низкотемпературной Плазмы ФН111-2001 (1-7 июля 2001), Петрозаводск; IEEE Pulsed Power Plasma Science Conference - PPPS-2001 ( The 28th ШЕЕ International Conference on Plasma science and The 13th IEEE International Pulsed Power Conference, 17-22 June 2001), Las Vegas, Nevada, USA; XVII международной конференции Уравнения Состояния Вещества (1-6 марта 2002), Эльбрус; XVIII международной конференции Воздействие Интенсивных Потоков Энергии на вещество (1-6 марта 2003) Эльбрус; IV International conference on Plasma Physics and Plasma Technology— PPPT-4 (15-19 September2003), Minsk, Belarus; на XI международной научной iiijcojjeсеминаре - Физика импульсных разрядов в конденсированных средах (19-23 августа 2003), Коблево, Николаев, Украина; а также на ежегодных семинар-школах для молодых ученых по Физике Низкотемпературной Плазмы, (Пылевая плазма - новая актуальная проблема фундаментальной физики, 29 августа- 4 сентября, 2000; Физика плазмы, 1 - 8 сентября 2001; Актуальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы, 2—9 сентября 2003), ПетрГУ, Петрозаводск, Шотозеро.

Основные материалы диссертации изложены в 17 печатных работах, список которых приведен в конце диссертации отдельным списком (см. стр. 122-125).

На защиту выносятся

1. Экспериментальные результаты исследований влияния электродных плазменных струй на характеристики разряда, полученные при помощи разработанного комплекса оптической диагностики, включающего теневой метод, позволивший исследовать разряд при токах свыше 105 А.

2. Определение параметров приэлектродных областей, соответствующих областям повышенного энерговыделения и повышенной напряженности поля в разрядном промежутке.

3. Результаты исследований эрозии электродов. Впервые зарегистрированы симметричные выбросы материала электрода. Предложен механизм, отвечающий за эрозию в форме таких выбросов.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами публикаций по теме диссертации.

Структура и объем диссертации

По своей структуре диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них и заключения, содержит 125 страниц машинописного текста, в том числе 48 рисунков, 1 таблицу. Список цитированной литературы содержит 152 наименования и дополнительно по теме диссертации 17 работ*(см-С1р-125).

4.3. Выводы

1. Впервые зарегистрирован симметричный выброс вещества материала электрода в сильноточном импульсном разряде высокого давления в водороде. В разряде в водороде с начальным давлением 1 МПа с амплитудой тока 125 кА с вольфрамовыми электродами диаметром 6 мм и межэлектродным промежутком 10 мм происходит симметричный выброс со всей поверхности катода. В разряде с электродами из ВНЖ большего диаметра 10 мм происходит выброс вещества из центральной части анода в виде узкой струи диаметром 1-2 мм.

2. В разрядах в газе высокой начальной плотности с силой тока 105-106 А, плотностью тока 104 — 106 А/см2 и длительностью в несколько сотен микросекунд характер эрозии определяется сложным взаимодействием интенсивных плазменных струй с электродами и пинч-эффектом. Причем вклад эрозии в виде отдельных выбросов составляет значительную часть эрозии в разрядах таких параметров.

3. Предложен механизм выброса материала электрода, который связан с нарушением баланса между давлением над поверхностью электрода и внутри его. Указанный механизм может действовать для обоих электродов в силу симметрии энерговыделения в приэлектродных зонах разряда и близких значений магнитных давлений. Предложенный механизм выброса позволяет уменьшить поступление эрозионных примесей в канал разряда. Этого можно достичь путем поджатая жидкого расплава на поверхности электрода газокинетическим давлением, которое уравновешивается магнитной силой, создаваемой разрядным током.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы, были решены поставленные задачи исследования.

Были проведены исследования процессов, обусловленных электродными плазменными струями, в сильноточных импульсных разрядах в водороде и воздухе при начальном давлении 0.1-4.0 МПа и амплитудах разрядного тока (0.5-5.0)-105 А при плотности тока 104—106 А/см2 со скоростью его нарастания (0.5-1.0)-1010 А/с, длительности разряда ~500 мкс, энерговкладах в разряд до 200 кДж.

Экспериментальный стенд включает в свой состав емкостный накопитель энергии с энергозапасом до 3 МДж, что позволило исследовать мощные газовые разряды в водороде и воздухе при высоких энергетических параметрах. Для целей диагностики использовался модельный генератор плотной плазмы — диагностическая разрядная камера.

К основным результатам и выводам работы относятся следующие:

1. Создан комплекс оптической диагностики для изучения плазменных явлений в сильноточном импульсном разряде высокого давления с силой тока свыше 100 кА наряду с электротехническими измерениями и измерениями давления.

Оптическая диагностика включает в себя скоростную фотосъемку, скоростную теневую фотографию, измерение оптического поглощения, измерение яркостной температуры. Схемы методов методически обоснованы и адаптированы к условиям измерений в мощных импульсных разрядах в плотном газе. Указанные методы взаимно дополняют друг друга, гарантируя достоверность полученных результатов. Ведущая роль при этом отводится оригинальной модификации теневого метода, позволяющей проводить детальные измерения в разрядах с амплитудой тока до 200 кА . Успешного применения теневых методов к исследованию разрядов указанных параметров нам не известно.

Разработанный комплекс диагностик позволяет проследить динамику разряда, изучить параметры газа, окружающего канал разряда, и непосредственно канал разряда, что дает возможность изучать разряд как целостную систему.

Система компьютерной потоковой обработки и визуализация измерений позволила получить ряд новых физических результатов. Визуализация измерений дает динамику изменения исследуемых параметров (таких, как температура, характер движения газа и пр.) во времени и пространстве, давая наиболее полную картину исследуемого явления.

2. В разрядах в водороде и воздухе при начальном давлении 0.1-4.0 МПа и амплитудах разрядного тока (0.5-5.0)-105 А со скоростью его нарастания (0.5-1.0)-1010 А/с электродные плазменные струи играют значительную роль. Было проведено исследование динамики элетродных струй и их влияния на характеристики разряда.

При увеличении межэлектродного расстояния падение напряжения на разрядном промежутке изменяется немонотонно, что обусловлено взаимодействием электродных струй. На кривой зависимости напряжения от длины разрядного промежутка имеется выраженный максимум.

Величина падения напряжения на разрядном промежутке определяется областями вблизи электродов, где происходит образование струй, и областью взаимодействия струй. Продольный размер этих областей составляет 1-3 миллиметров. Этим областям соответствует наибольшее энерговыделение в разрядном промежутке и большая часть падения напряжения на разрядном промежутке. Напряженность поля в этих областях ~7-102 В/см для разряда в воздухе и ~1.2-103 В/см для разряда в водороде при начальном давлении 1 МПа. При увеличении начального давления напряженность поля значительно возрастает. На остальных участках разрядного промежутка напряженность поля 50-100 В/см.

Определены параметры плазмы в околоэлектродных областях повышенного энерговыделения. Для моментов времени, соответствующих максимальной яркостной температуре вблизи соответствующего электрода, в разряде в водороде при начальном давлении 1 МПа и амплитудном разрядном токе ~3-105 А параметры эрозионной плазмы у катода: Т - 59-Ю3 К, Р — 177 МПа, Ш =3.1, «=5.3-1019 см-3. Параметры плазмы у анода: Т= 52-103 К, Р = 190 МПа, Ш = 2.6, п = 7.4-1019 см"3.

Области высокого падения напряжения обусловлены: а) Высокой излучательной способностью эрозионной плазмы; б) Наличием уцарно сжатых областей из-за взаимодействия струй между собой, с противоположным электродом и окружающим газом; в) Движением струй поперек магнитного поля, созданного током разряда.

Основным механизмом передачи энергии от дуги к газу является турбулентный теплообмен в слое смешения в электродных струях. Значительная доля энергии выносится электродными струями в окружающий газ. Кроме того, струи создают интенсивное вихревое течение газа в объеме, способствуя его перемешиванию в объеме камеры.

3. Эрозия электродов имеет сложную зависимость от длины межэлектродного промежутка. Ход кривой зависимости эрозии от длины межэлектродного промежутка имеет связь с аналогичной зависимостью хода напряжения на разрядном промежутке.

Впервые зарегистрирован симметричный выброс вещества материала электрода в сильноточном импульсном разряде высокого давления в водороде. В разряде в водороде с начальным давлением 1 МПа с амплитудой тока 125 кА с вольфрамовыми электродами диаметром 6 мм и межэлектродным промежутком 10 мм происходит симметричный выброс со всей поверхности катода. В разряде с электродами из ВНЖ большего диаметра 10 мм происходит выброс вещества из центральной части анода в виде узкой струи диаметром 1-2 мм.

В разрядах с силой тока 105-106 А, плотностью тока 104 — 106 А/см2 в газе высокой начальной плотности и длительностью в несколько сотен микросекунд характер эрозии определяется сложным взаимодействием интенсивных плазменных струй с электродами и пинч-эффектом. Причем вклад эрозии в виде отдельных выбросов составляет значительную часть эрозии в разрядах таких параметров.

Предложен механизм выброса материала электрода, который связан с нарушением баланса между давлением над поверхностью и внутри его. Указанный механизм может действовать для обоих электродов в силу симметрии энерговыделения в приэлектродных зонах разряда и близких значений магнитных давлений. Предложенный механизм выброса содержит рекомендации по оптимизации поступления эрозионных примесей в канал разряда.

В заключение отметим перспективы дальнейших исследований. Необходимы детальные исследования эрозии в форме симметричных выбросов. Наибольший прогресс здесь можно ожидать от применения рентгеновских методов диагностики. Применение этих методов позволит уточнить и содерание паров металла в канале разряда и окружающем газе.

Работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института Проблем Электрофизики РАН.

1. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда.- Москва: Наука, 1992. — 536с.

2. Э.И. Асиновский, В.А. Зейгарник. Разряды высокого давления. // ТВТ, т. 12, № 6, 1974, с. 1278-1291.

3. А.Ф. Александров, A.A. Рухадзе. Сильноточные электроразрядные источники света. //УФН, т. 112, вып. 2, 1974, с. 193-231; А.Ф. Александров, A.A. Рухадзе. Физика сильноточных элекгроразрядных источников света. — Москва: Атомизат, 1976.-184 с.

4. Ю.Р. Князев, Е.С. Боровик, Р.В. Митин, В.И. Петренко. Импульсная дуга высокого давления в гелии и водороде. // ЖТФ, т. XXXVII, вып. 3, 1967, с.523-532.

5. В.И. Петренко, Р.В. Митин, Ю.Р. Князев, A.B. Звягинцев. Сильноточная импульсная дуга в водороде при давлениях до 400 атм. // ЖТФ, т. XXXIX, вып. 10, 1969, с. 1827-1833.

6. Е.С. Боровик, В.П. Канцедал, Ю.Р. Князев, Р.В. Митин, В.И. Петренко. Импульсная дуга в аргоне при давлениях до 108 Н/м2 (1000 атм.). // ЖТФ, т. ХХХУП, вып. 4, 1967, с.703-709.

7. Е.С. Боровик, В.И. Петренко, Р.В. Митин, В.П. Канцедал, Ю.Р. Князев. Исследование импульсных дуг в аргоне и гелии при сверхвысоких давлениях. //ЖТФ, т. XXXIX, вып. 8, 1969, с.1416-1424.

8. В.И Петренко, Р.В. Митин. Исследование внутренней структуры импульсных разрядов высокого и сверхвысокого давления. // ЖТФ, т. XLV, вып. 6, 1975, с. 1225-1233.

9. Р.В. Митин. Стационарные и импульсные дуги высокого и сверхвысокого давления и методы их диагностики. // сб. статей Свойства низкотемпературной плазмы и методы их диагностики. / под ред. М.Ф. Жукова. — Новосибирск: СО Наука, 1977.-с. 105-138.

10. Р.В. Митин, В.И Петренко, Ю.Л. Евецкий. Использование "лазерной искры" для инициирования сильноточных газовых разрядов высокого давления // ТВТ, т. И, №6, 1973, с. 1147-1149.

11. A.A. Богомаз, B.C. Бородин, Б.П. Левченко, Ф.Г. Рутберг. Исследование сильноточного разряда в генераторах плотной плазмы. // ЖТФ, т. 47, вып. 1, 1977, с.121-133.

12. Э.А. Азизов, A.A. Богомаз, Б.П. Левченко, Ф.Г. Рутберг, В.А. Ягнов. Сильноточный разряд в азоте при питании от индуктивного накопителя. // ЖТФ, т. XLIX, 1979, с. 441-443.

13. И.А. Глебов, Ф.Г. Рутберг. Мощные генераторы плазмы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. 153 с.

14. Ф.Г. Бакшт, B.C. Бородин, В.Н. Журавлев, Ф.Г. Рутберг. Нестационарные режимы работы катода в сильноточном водородном разряде высокого давления. // ЖТФ, т. 57, вып. 12, 1987, с.2296-2305.

15. Ф.Г. Бакшт, B.C. Бородин, A.M. Воронов, В.Н. Журавлев, Ф.Г. Рутберг. Зондовые измерения в сильноточной дуге высокого давления. // ЖТФ, т. 60, вып. 11, 1990, с. 190-193.

16. И.Н. Романенко. Приэлектродные падения напряжения и градиенты при импульсных разрядах // Труды МЭИ, вып. 70, ТВН, 1968, с.263-270.

17. В.П. Игнатко, Г.М. Чернявский. Физические основы сильноточных дуговых разрядов типа "плазменный поршень". // мат. I Всесоюзного семинара по динамике сильноточного дугового разряда. Новосибирск, 10-13 апреля, 1990. -с. 88-110.

18. A.M. Воронов, В.Н. Журавлев. Экспериментальное определение констант С6 и С12 потенциала взаимодействия Леннарда-Джонса (6-12). // Письма в ЖТФ, т. 19, вып. 7, 1993, с.51-54.

19. A.M. Воронов, В.Л. Горячев, В.Н. Журавлев. Спектроскопическая диагностика импульсной дуги высокого давления. //Письма в ЖТФ, т. 19, вып. 14,1993, с.35-37.

20. В.А. Бурцев, Н.В. Калинин, A.B. Лучинский. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. — Москва: Энергоатомизат, 1990.-289 с.

21. Ф.Г. Рутберг, A.A. Богомаз, A.B. Буцин, В.А. Коликов, А.Г. Куприн. Нагрев газа высокой начальной плотности мощной электрической дугой. // Известия АН Энергетика, 1998, № 1, с. 100-106.

22. Лукьянов С.Ю. Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. — Москва: Наука, 1975. 407 с.

23. R. Radtke and К. Gunther. Electrical conductivity of highly ionized dense hydrogen plasma: I. Electrical measurement and diagnostics. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 9, 1976, p. 1131-1138.

24. K. Gunther, M.M. Popovic, S.S. Popovic and R. Radtke. Electrical conductivity of highly ionized dense hydrogen plasma: II. Comparison of experimant and theory. //J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 9, 1976, p. 1139-1147.

25. Л. Спитцер. Физика полностью ионизованного газа: пер. с англ. — Москва: Мир, 1965. 212 с.

26. В.Е. Фортов, И.Т. Якубов. Неидеальная плазма. — Москва: Энергоатомизат, 1994.- 368 с.

27. Э.А. Азизов, С.А. Кравченко, И.Я. Шипук, В.А. Ягнов. Неоднородности мощной воздушной дуги на стадии ее формирования. // ТВТ, т. 35, № 4, 1997, с. 667-670.

28. Б.П. Гитерман, Д.И. Зенков, А.И. Павловский, Н.Н. Петров, Е.Н. Смирнов, Г.М. Спиров. Исследование мощного квазистационарного разряда при мегаамперных токах. //ЖТФ, т. 52, вып. 10, №10, 1982, с. 1983-1986.

29. А.Ф. Александров, В.В. Зосимов, С.П. Курдюмов, Ю.П. Попов, А.А. Рухадзе, И.Б. Тимофеев. Динамика и излучение прямых сильноточных разрядов в воздухе. // ЖЭТФ, т. 61, вып. 5, 1971, с. 1841-1855.

30. С.Г. Алиханов, И.К. Конкашбаев, Б.С. Эстрин. Эксперименты с сильноточной импульсной дугой. // ТВТ, т. 5, № 3, 1967, с. 410-417.

31. С.Г. Алиханов, Э.Л. Бояринцев, В.А. Корнилов, Т.С. Мельникова. Исследование быстрого импульсного разряда в водороде. // ТВТ, т. 5, № 6, 1967, с. 970-976.

32. Д.А. Андреев, А.А. Богомаз, Ф.Г. Рутберг, A.M. Шакиров. Сильноточный разряд типа Z-пинч в плотных средах. // ЖТФ, т. 62, вып. 6, 1992, с. 74-82.

33. К.В. Дубовенко. Взаимодействие ударных волн с плазмой канала сильноточного разряда в камере высокого давления. // ЖТФ, т. 62, вып. 6, 1992, с. 83-93.

34. В.П. Белошеев, И.В. Подмошенский, С.А. Сааль. Сильноточный разряд в воздухе с температурой более 60 кК. И ЖТФ, т. 57, вып. 2, 1987, с. 390-393.

35. В.П. Белошеев. Z-пинч в воздухе и обратные токи. // ЖТФ, т. 58, вып. 1, 1988, с. 201-204.

36. Р.Б. Бакшт, И.М. Дацко, А.Ф. Коростелов. Измерение энергетических характеристик плазменного столба, возникающего при взрыве микропроводников. //ЖТФ, т. 55, вып. 8, 1985, с. 1540-1545.

37. B.C. Комельков, Ю.В. Скворцов, В.Н. Терещенко. Направленные уцарные волны в мощных искрах. //ЖТФ, т. XXXIII, вып. 6, 1963, с. 719-723.

38. O.A. Омаров, Ш.Ш. Эльдаров, И.В. Якубов. Особенности распространения уцарной и тепловой волн при разряде во внешнем магнитном поле. // ТВТ, т. 31, №4, 1993, с. 526-530.

39. O.A. Омаров, Ш.Ш. Эльдаров. Радиальное развитие и излучательные характеристики канала искрового разряда во внешнем магнитном поле. // Физика плазмы, т. 20, № 5, 1994, с. 506-512.

40. O.A. Омаров, Ш.Ш. Эльдаров, А.П. Гаджиев, A.A. Рамазанова. Газодинамические закономерности формирования и развития канала импульсного разряда высокого давления. // Прикл. физика, № 1, 2001, с. 48-55.

41. J.E. Allen, J.D. Craggs, M.Sc. High current spark channels. // Brit. J. Appl. Phys., vol. 5, № 12,1954, p. 446-453.

42. Г.Г. Антонов, B.C. Бородин, А.И. Зайцев, Ф.Г. Рутберг. Некоторые вопросы исследования сильноточного разряда в камере высокого давления. // ЖТФ, т. XLII, вып. 10, 1972, с. 2121-2126.

43. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov, A.G. Kuprin, and A.A. Pozubenkov. Experimental study of hydrogen heating in powerful electric discharge launcher. // Journal of Propulsion and Power, vol. 13, № 5,1997, p. 659-664.

44. A.A. Богомаз, A.B. Будин, C.B. Захаренков, В.А. Коликов, А.И. Кулишевич, И.П. Макаревич, Ф.Г. Рутберг, А.Ф. Савватеев. Применение импульсных генераторов плазмы для гиперскоростного ускорения тел. // Известия АН: Энергетика, 1998, № 1, с. 64-79.

45. И.Н. Романенко. Импульсные дуги в газах. Чебоксары: Чувашское книжное изд., 1976. - 137 с.

46. Ph.G. Rutberg, A.A. Bogomaz, A.V. Budin, V.A. Kolikov. High-current arc in dense gas. // Proceedings of European Materials Research Society Spring Meeting. -Strasbourg, France, 18-21 June, 2002.

47. Ф.Г. Бакшт, A.M. Воронов, B.H. Журавлев. Импульсный сильноточный разряд в гелии при высоком давлении. //ЖТФ, т. 61, вып. 10, 1991, с. 53-59.

48. А.Т. Онуфриев, В.Г. Севастьяненко. Расчет цилиндрической электрической дуги с учетом переноса энергии излучением. Дуга в водороде при давлении 100 атм. // ПМТФ, № 2, 1968, с. 17-20.

49. J.J. Lowke, R. Morrow and J. Haidar. A simplified unified theory of arcs and their electrodes. //J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 30, 1997, p. 2033-2042.

50. Hans-Peter Schmidt and Gunter Speckhofer. Experimental and theoretical investigation of high-pressure arc — part I: the cylindrical arc column (two-dimensional modeling). // IEEE Trans, on Plasma Sci., vol. 24, № 4,1996, p. 1229-1238.

51. Hans-Peter Schmidt and Gunter Speckhofer. Experimental and theoretical investigation of high-pressure arc part II: the magnetically deflected arc (three-dimensional modeling). // IEEE Trans, on Plasma Sci., vol. 24, № 4, 1996, p. 1239-1248.

52. А. Жайнаков, P.M. Урусов. Трехмерная математическая модель расчета электродуговых потоков плазмы. // ТВТ, т. 40, № 1, 2002, с. 13-18.

53. С.И. Брагинский. К теории развития канала искры. // ЖЭТФ, т. 34, вып. 6, 1958, с. 1548-1557.

54. О.Б. Брон, JI.K. Сушков. Потоки плазмы в электрической дуге выключающих аппаратов. — Ленинград: Энергия, 1975.— 216 с.

55. М.А. Султанов, В.А. Агеев. Структурные и спектроскопические исследования канала импульсного разряда большой мощности. //ЖПС, т. ХУШ, вып. 4,1973, с. 584-589.

56. М.А. Султанов, Л.И. Киселевский. Исследования взаимодействия сверхзвуковых факелов при импульсном разряде. // ТВТ, т. 4, № 1,1966, с. 40-45.

57. В.Н. Снопко, Л.И. Киселевский. Оптические и спектроскопические исследования зон торможения сверхзвуковых плазменных струй импульсного разряда. // ЖПС, т. V, вып. 2, 1966, с. 148-152.

58. В.Н. Ветлуцкий, В.Г. Севастьяненко. Электрическая дуга в потоке водорода при высоком давлении. // ПМТФ, № 1, 1969, с. 136-138.

59. С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов, Ю.В. Ходыко. Действие излучения большой мощности на металлы. — Москва: Наука, 1970. 272 с.

60. Л.Я. Минько. Лазерные плазменные ускорители и плазмотроны. // сб. статей Физика и применение плазменных ускорителей. / под ред. А.И. Морозова. — Минск: Наука и техника, 1974. — с. 142-181.

61. H. Chuagui, M. Favre, R. Savedra, E.S. Wyndham, L. Soto, P. Choi, and C.D. Zoita. Observation of vacuum spark dynamics from its x-ray emission. // IEEE 7raws. Plasma Sci., vol. 26, № 4, aug., 1998, p. 1162-1167.

62. Mikimasa Iwata, Shin-ichi Tanaka, Kouichi Ikede and Yutaka Goda. The spectroscopic determination of the temperature and copper vapour concentration for arc jets of 50 kA arc in the long gap. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 34, 2001, p. 3036-3042.

63. Г.А. Любимов, В.И. Раховский. Катодное пятно вакуумной дуги. // УФН, т. 125, вып. 4,1978, с. 665-706.

64. Г. Эккер. Теория катодных явлений. // сб. статей Экспериментальные исследования плазмотронов. / под ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск: СО Наука, 1977.- с. 155-207.

65. С.У. Кимблин. Эрозия электродов и ионизационные процессы в приэлектродных областях вакуумных дуг и при атмосферном давлении. // сб. статей Экспериментальные исследования плазмотронов. / под ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск: СО Наука, 1977. - с. 226-253.

66. Burkhard Juttner. Cathode spots of electric arcs. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 34, 2001, p. R103-R123.

67. Г.А. Месяц. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга.—Москва: Наука, 2000. 424 с.

68. M.S. Benilov and A. Marotta. A model of the cathode region of atmospheric pressure arcs. //J. Phys. D:Appl. Phys., vol. 28, 1995, p. 1869-1882.

69. И.И. Бейлис, Г.А. Любимов. О параметрах прикатодной области вакуумной дуги. // ТВТ, т. 13, вып. 6, 1975, с. 1137-1145.

70. Г.А. Любимов. Динамика катодных струй. // сб. статей Экспериментальные исследования плазмотронов. / под ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск: СО Наука, 1977.- с. 207-226.

71. N. Vogel and В. Juttner. Measurement of the current density in arc cathode spots from the Zeeman splitting of emission lines. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 24, 1991, p. 922-927.

72. I.A. Krinberg and V.L. Paperny. Pinch effect in vacuum arc plasma sources under moderate discharge currents. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 35, 2002, p. 549-562.

73. И. А. Кринберг, E.A. Зверев. Пространственная структура катодных плазменных струй в вакуумной дуге. // Физика плазмы, т. 25, № 1, 1999, с. 88-95.

74. А.А. Плютто, В.Н. Рыжков, А.Г. Калин. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг. // ЖЭТФ, т. 47, вып. 8, 1964, с. 494-507.

75. W.D. Davis, Н.С. Miller. Analysis of the electrode products emitted by d.c. arcs in a vacuum ambient. //J. Appl. Phys., vol. 40, 1969, p. 2212-2221.

76. Г.А. Месяц, С.А. Баренгольц. Механизм генерации аномальных ионов выкуумной дуги. // УФН, т. 172, № 10, 2002, с. 1113-1130.

77. В.П. Афанасьев. О расчете осесимметричной плазменной струи со свободной границей. // ЖТФ, т. 62, вып. 11, 1992, с. 72-79.

78. В.П. Афанасьев, Г.А. Дюжев, С.М. Школьник. Гидродинамическая модель плазменной струи катодного пятна вакуумной дуги. I. Расчет струи в критическом сечении. // ЖТФ, т. 62, вып. 11, 1992, с. 80-88.

79. A.B. Болотов, A.B. Козырев, Ю.Д. Королев. Модель катодного слоя вакуумной дуги при немонотонном распределении потенциала в прикатодной плазме. // Физика плазмы, т. 19, вып. 5, 1993, с. 709-719.

80. Е. Gidalevich, S. Golgsmith and R.L. Boxman. Vacuum arc plasma jet interaction with neutral ambient gas. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 33, 2000, p. 2598-2604.

81. B.A. Немчинский. О возникновении анодного пятна в вакуумной дуге. // ЖТФ, т. 53, вып. 2, 1983, с. 235-240.

82. В.А. Немчинский. Анодное пятно сильноточной вакуумной дуги. // ЖТФ, т. 52, вып. 1, 1982, с. 35-42.

83. А.Ф. Брецких, В.И. Сысун, Ю.Д. Хромой. Динамика плазмы прианодного слоя. / Тез. докл. XI Всесоюзн. конф. Генераторы низкотемпературной плазмы. — Новосибирск, 1989, ч. И. с. 101-102.

84. Д.Ф. Алферов, В.А. Невровский, В.А. Сидоров. Анодная мода вакуумной дуги в многостержневой электродной системе. // ТВТ, т. 40, № 1, 2002, с. 19-25.

85. А.И. Бушик, М.К. Мицкевич, В.А. Шилов. О реакции приэлектродных областей импульсного разряда на удлинение межэлектродного промежутка. / Тез. докл. X Всесоюзн. конф. Генераторы низкотемпературной плазмы. Минск, 1986. ч. I. -с. 129-130.

86. Г.А. Дюжев, Н.К. Митрофанов, С.М. Школьник. Экспериментальное исследование анодной области свободно горящей дуги атмосферного давления в инертных газах. I. Общая характеристика разряда. Режимы малых токов. // ЖТФ, т. 67, вып. 1, 1997, с. 35-40.

87. Г.А. Дюжев, Н.К. Митрофанов, С.М. Школьник. Экспериментальное исследование анодной области свободно горящей дуги атмосферного давленияв инертных газах. П. Режимы средних токов—множественная анодная контракция. // ЖТФ, т. 67, вып. 1,1997, с. 41-45.

88. Г.А. Лукьянов. Сверхзвуковые струи плазмы. Ленинград: Машиностроение, 1985.- 264 с.

89. Е.В. Калашников, П.Н. Роговцев. Электромагнитные свойства струй плазмы диафрагменного разряда в вакууме. // ЖТФ, т. 60, вып. 4, 1990, с. 99-104.

90. С.Б. Леонов, Г.А. Лукьянов. О структуре струй плазмы импульсного электроразрядного источника. // ГТМТФ, № 5,1994, с. 13-18.

91. X. Zhou and J Heberlein. An experimental investigation of factor affecting arc-cathode erosion. // J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 31, 1998, p. 2577-2590.

92. Г.С. Белкин, В.Я. Киселев. Эрозия электродов при сильноточных импульсных разрядах. // ЖТФ, т. XXXVI, вып. 2, 1966, с. 384-389.

93. A.B. Будин, В.А. Коликов, Б.П. Левченко, В.В. Леонтьев, И.П. Макаревич, Ф.Г. Рутберг, H.A. Широков. Эрозия электродных материалов в мощных импульсных генераторах водородной плазмы. // ТВТ, т. 32, № 4, 1994, с. 628-630.

94. R.F. Askew, В.А. Chin, R.J. Tatarchuk, J.L. Brown and D.B. Jensen. Rail and insulator erosion in rail guns. // IEEE Trans. on Magnetics, vol. MAG-22, № 6, 1986, p. 1380-1385.

95. И.В. Цветков. Расчетные коэффициенты эрозии различных материалов электродов в сильноточных дугах сверхвысокого давления. // Известия РАН: Сер. физ., т. 58, № 10,1994, с. 156-159.

96. A.L. Donaldson, M. Kristiansen, A. Watson, K. Zinsmayer and E. Kristiansen. Electrode erosion in high current, high energy transient arcs. // ШЕЕ Trans, on Magnetics, vol. MAG-22, № 6, 1986, p. 1441-1447.

97. M.A. Султанов, JT.И. Киселевский. Исследования механизма эрозии электродов под действием сверхзвуковых факелов при импульсном разряде. // ТВТ, т. 4, № 3,1966, с. 375-381.

98. A.B. Герусов, С.JI. Гинзбург, B.C. Имшенник. Магнитогидродинамический механизм испарения металлического электрода в плазменном фокусе. // Физика плазмы, т. 8, вып. 3, 1982, с. 487-501.

99. Б.А. Осадин. О выделении энергии в сильноточном вакуумном разряде. // ЖТФ, т. XXXV, вып. 7, 1965, с. 1231-1235.

100. Ю.Е. Нестерехин, Р.И. Солоухин. Методы скоростных измерений в газодинамике и физике плазмы. Москва, "Наука", 1967, 172 с.

101. Диагностика плазмы: пер. с англ. / под ред. Р. Хаддлстоуна и С. Леонарда. -Москва: Мир, 1967.- 516 с.

102. Б.В. Алексеев, В.А. Котельников. Зондовый метод диагностики плазмы. — Москва: Энергоатомиздат, 1988. 240 с.

103. Э.И. Асиновский, А.В. Кириллин, В.Л. Низовский. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. -Москва: Наука, 1992. 262 с.

104. А.Ф. Александров, А.Т. Савичев, И.Б. Тимофеев. О распределении проводимости в канале сильноточного разряда в атмосфере. / в сб. Диагностика низкотемпературной плазмы. Москва: Наука, 1979. - с. 105-112.

105. А. Унзольд. Физика звездных атмосфер: пер. с англ. — Москва: Иностранная литература, 1949.- 631 с.

106. Г. Грим. Спектроскопия плазмы: пер. с ант. Москва: Атомиздат, 1969. - 452 с.

107. Н.Г. Преображенский. Спектроскопия оптически плотной плазмы. — Новосибирск: СО Наука, 1971.-180 с.

108. В.В. Соболев. Курс теоретической астрофизики. — Москва: Наука, 1985. -450 с.

109. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Москва: Физматгиз, 1966. — 688 с.

110. А.Н. Зайдель, Г.В. Островская. Техника и практика спектроскопии. — Москва: Наука, 1976.-392 с.

111. А.Н. Зайдель, Е.Я. Шредер. Спектроскопия вакуумного ультрафиолета. — Москва: Наука, 1967. 472 с.

112. С.Н. Белов, М.И. Демидов, H.H. Огурцова, И.В. Подмошенский, П.Н. Роговцев, В.М. Шелемина. Обратимая непрозрачность оптического кварца при контакте с плотной плазмой. // ЖПС, т. X, вып. 3, 1969, с. 408-412.

113. A.B. Зобнин, Э.Х. Исакаев, В.Ф. Чиннов. Техника и результаты одновременного спектрального определения концентрации и температуры электронов сильноионизованной плазме инертных газов. // ТВТ, т. 36, № 5,1998, с. 804-811.

114. Н.Г. Басов, Ю.А. Захаренков, A.A. Рупасов, Г.В. Склизков, A.C. Шиканов. Диагностика плотной плазмы. / под ред. Н.Г. Басова. Москва: Наука, 1989. -368 с.

115. Г.В. Иваненков, А.Р. Мингалеев, С.А. Пикуз, Д. Хаммер, Т.А. Шелковенко. Рентгеновское зондирование сильноточных разрядов через многопроволочные лайнеры. // Физика плазмы, т. 25, № 10, 1999, с. 851-861.

116. Г.В. Иваненков, С.А. Пикуз, Д.Б. Синарс, В. Степневски, Д.А. Хаммер, Т.А. Шелковенко. Микровзрыв горячей точки в перетяжке х-пинча. // Физика плазмы, т. 26, № ю, 2000, с. 927-933.

117. Н.Г. Макеев, В.Г. Румянцев. О возможности создания сильноточной импульсной плазменной рентгеновской трубки. // ПТЭ, № 6, 1995, с. 127-131.

118. М.А. Кумахов, И.Ю. Пономарев, Г.Н. Попков. Применение рентгенооптических систем для рентгеновской диагностики. // Физика плазмы, т. 18, вып. 4, 1992, с. 496-503.

119. А.С. Дубовик. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. Москва: Наука, 1984. - 456 с.

120. JI.A. Васильев. Теневые методы. Москва: Наука, 1968. — 400 с.

121. М.М. Скотников. Теневые количественные методы в газовой динамике. -Москва: Наука, 1976. — 160с.

122. А.Н. Зайдель, Г.В. Островская. Лазерные методы исследования плазмы. — Ленинград: Наука, 1977. 224 с.

123. Niansheng Qi, Steven F. Fulghum, Rahul R. Prasad, and Mahadevan Krishnan. Space and time resolved electron density and current measurements in a dense plasma focus z-pinch. // IEEE 7raws. Plasma Sri., vol. 26, № 4, aug., 1998, p. 1127-1137.

124. Pavel Kubes, Karel Kolacek, Aies Krejci, Jozef Kravarik, Marian Paduch, and Krzystof Tomaszewski. Evolution of the gas-puff z-pinch column. // IEEE 7ra/?s. Plasma Sri., vol. 26, №4,aug., 1998, p. 1113-1118.

125. Н.Г. Преображенский, B.B. Пикалов. Неустойчивые задачи диагностики плазмы. Новосибирск, СО "Наука", 1982, 238 с.

126. Н.Н. Огурцова, И.В. Подмошенский, В.М. Шелемина. Коэффициент непрерывного поглощения водородно-углеродной плазмы при температуре 40000 К и давлении в сотни атмосфер. // Оптика и спектроскопия, т. XVI, вып. 6,1964, с. 949-957.

127. H.H. Огурцова, И.В. Подмошенский, В.М. Шелемина. Зависимость температуры и давления плазмы капиллярного разряда с испаряющейся стенкой от геометрии капилляра и тока разряда. // ТВТ, т. 6, № 1, 1968, с. 48-54.

128. М.И. Демидова, H.H. Огурцова, И.В. Подмошенский, В.М. Шелемина. Малогабаритный плазменный стандарт яркости для скоростной спектроскопии. //ЖПС, т. ХХП1, вып. 5, 1975, с. 931-934.

129. Е.Г. Атавин. Анализ метрологических характеристик сканера как микрофотометра. // ПТЭ, № 4, 2003, с. 58-62.

130. А. М. Шехгман. Газодинамические функции реальных газов: Справочник. — Москва: Наука, 1988. 175 с.

131. И.В. Авилова, JIM. Биберман, B.C. Воробьев, В.М. Замалин, Г.А. Кобзев, А.И. Лагарьков, А.Х. Мнацаканян, Г.Э. Норман. Оптические свойства горячего воздуха: Справочник. / под ред. Л.М. Бибермана — Москва: Наука, 1970. — 320 с.

132. В.А. Каменщиков. Радиационные свойства газов при высоких температурах. — Москва: Машиностроение, 1971. 256 с.

133. Крист (S. Crist), Шерман (P.M. Sherman), Гласс (D.R. Glass). Исследования сильно недорасширенной звуковой струи // РТК, 1966, № 1, с. 87-92.

134. Д.Ж. Шерклиф. Курс магнитной гидродинамики: пер. с англ.—Москва: Мир, 1967.-320 с.

135. Б.В. Замышляев, Е.Л. Ступицкий, А.Г. Гузь, В.Г. Жуков. Состав и термодинамические функции плазмы: Справочник. — Москва: Энергоатомиздат, 1984.-144 с.

136. Sandra Kuhlbrodt and Ronald Redmer. Transport coefficients for dense metal plasmas. // Phys. rev. E, vol. 62, № 5, nov., 2000, p. 7191-7200.

137. A.B. Жаринов, Ю.В. Саночкин. О форме мениска и условии равновесия поверхности жидкого металла в катодном пятне вакуумной дуги. // Письма в ЖТФ, т. 9, вып. 23, 1983, с. 1465-1468.

138. Материалы главы 2 отражены в работах д.6, д. 15., главы 3 — в работах [д. 1 д.6, д.9, д.14 — д. 16], главы 4 — в работах [д.7, д.8, д.10 —д.13,д.15, д.17].

139. При использовании материалов работ, соавтором которых соискатель не является, в соответствующем месте по тексту приводится ссылка на основной список цитированной литературы.