Кинетические эффекты в поперечном наносекундном разряде с щелевым катодом в инертных газах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ
|
Кобзева, Виола Сайпуллаевна
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Махачкала
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2008
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.04
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
Кобзева Виола Сайпуллаевна
КИНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ПОПЕРЕЧНОМ НАНОСЕКУНДНОМ РАЗРЯДЕ С ЩЕЛЕВЫМ КАТОДОМ В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ
Специальность 01.04.04 - Физическая электроника
АФТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Махачкала - 2008
Работа выполнена в Дагестанском государственном университете
Научный руководитель: доктор физико-математических наук,
профессор Ашурбеков Н.А.
Научный консультант: кандидат физико-математических наук,
доцент Иминов К.О.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
ведущий научный сотрудник Высикайло Ф. И.
доктор физико-математических наук, профессор Гаджиалиев М.М.
Ведущая организация: Объединенный институт высоких температур
РАН
/1) \
Защита состоится «23 »у^'^р! 2008 года в 14 на заседании диссертационного совета Д212.053.02 при Дагестанском государственном университете по адресу: 367001, г. Махачкала, ул. М.Гаджиева, 43а, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дагестанского государственного университета.
Автореферат разослан «21» £Йч1^1р>2008 года
Ученый секретарь диссертационного совета
Курбанисмаилов В.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации.
Несамостоятельные плазменно-пучковые разряды (ППР), образованные внешним жестким ионизатором в инертных газах и их смесях обладают целым рядом преимуществ Исследования последних лет показали, что коэффициент преобразования вложенной в газовую среду энергии в лазерное излучение в пучковых разрядах на порядок выше, чем в классических разрядах Неравновесная плазма, создаваемая электронным пучком, находит широкое применение в различных технологических устройствах, в частности, для накачки электроионизационных лазеров, обработки поверхностей и нанесения тонких пленок, в радиационной и электроннолучевой технологии, в плазмохимии и других областях Однако получение таких разрядов свя:ано с такими недостатками, как стоимость установок и громоздкость конструкций Поэтому актуален вопрос о создании газоразрядных систем, в которых пучки быстрых электронов формируются в самом разряде в процессе электрического пробоя газа На настоящий момент быстрые электроны получены в продольных разрядах в длинных трубках на фронте высокоскоростных волн ионизации, в открытых разрядах с короткими межэлекгродными промежутками, в разрядах с полым катодом, в скользящих по поверхности диэлектрика разрядах
Одним из перспективных направлений создания пучковой газоразрядной плазмы является импульсный поперечный наносекундный разряд с полым катодом Существенные отличия разрядов с полым катодом от разрядов с плоскими электродами позволило выделить их в отдельный класс В настоящее время наиболее полно изучены разряды с цилиндрическим полым катодом Свойства ППР во многом определяются условиями в стадии формирования разряда и геометрией катода В связи с этим значительный интерес представляют разряды с щелевым катодом, в которых из-за проникновения плазмы в полость катода и осциллирующего движения электронов в ней может формироваться пучок электронов с энергией до нескольких сот электронвольт Такие разряды позволяют получить токи до сотен ампер при средних и повышенных давлениях газа, необходимые для получения оптической генерации Преимуществами поперечного разряда с щелевым катодом перед другими аналогичными разрядами являются существенно больший объем плазмы, малые рабочие напряжения и возможность управления свойствами пучка Несмотря на эти очевидные преимущества таких разрядов к настоящему времени хорошо изучен только тлеющий разряд с цилиндрическим полым катодом в стационарном или 8 вазистационарном режиме
Настоящая диссертация посвящена изучению кинетических эффектов в поперечном наносекундном газовом разряде с щелевым катодом в инертных газах при средних давлениях газа В частности работа посвящена исследованию динамики формирования оптических свойств и кинетики
заряженных частиц таких разрядов и их влияния на процесс формирования пробоя газа, а также установлению оптимальных характеристик поперечных наносекундных газовых разрядов с щелевым катодом с точки зрения генерации высокоэнергетичных электронов
Объектом исследования являлись поперечные наносекундные разряды плазменно-пучкового типа с щелевым катодом в инертных газах (гелий, аргон) Исследования проводились в диапазоне давлений рабочего газа 1-100 Тор и напряжениях на разрядном промежутке 0,5-5 кВ
Целью диссертационной работы являлось комплексное исследование кинетических эффектов в импульсных наносекундных разрядах плазменно-пучкового типа с щелевым катодом в гелии и аргоне
Задачи, решаемые в данной работе:
1 Развитие методики комплексного исследования наносекундного разряда плазменно-пучкового типа и получение экспериментальных сведений об основных параметрах наносекундного разряда с щелевым катодом в Не, Аг в диапазоне давлений газа 1-100 Тор,
2 Детальное экспериментальное исследование и анализ механизмов и динамики развития поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом в инертных газах при средних давлениях газа в открытом и ограниченном диэлектрическими стенками режимах,
3. Экспериментальное исследование оптических и спектральных характеристик ППР с щелевым катодом,
4 Исследование механизмов формирования ускоренных электронов и режимов движения этих электронов в ППР с щелевым катодом,
5 Численное исследование распределения основных параметров ППР в полости щелевого катода
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы:
• Для определения плотности тока и электрокинетических характеристик разряда использовался метод осциллографирования вольтамперных характеристик (В АХ) разряда с наносекундным временным разрешением
• Для исследования пространственно-временного распределения оптического излучения разряда использовались метод лучеиспускания и фоторегистрация с использованием цифровой ПЗС-камеры, подключенной к компьютеру
• Плотность метастабильных и возбужденных атомов измерялись методом реабсорбции излучения в разряде и модификацией этого метода — методом одного плоского зеркала за трубкой
• Для исследования анизотропии функции распределения электронов и процессов электронного возбуждения атомов использовался метод поляризационной спектроскопии
Научная новизна. В работе впервые проведено систематическое исследование наносекундного разряда с щелевым катодом в широком диапазоне изменения условий в разряде в открытом и ограниченном диэлектрическими стенками режимах Получены экспериментальные сведения об основных параметрах таких разрядов Впервые выполнен детальный анализ динамики и механизмов развития наносекундного разряда с щелевым катодом в различных режимах формирования и установлены общие закономерности в оптических и электрических свойствах
Положения, выносимые на загцшу:
1 При высоких значениях амплитуд напряжения на осциллограмме разрядного тока ограниченного разряда формируется дополнительный максимум тока Плотность тока на катоде для открытого разряда на порядок больше, чем дает закон подобия для аномально-тлеющего разряда (АТР), а для ограниченного разряда это отличие еще больше Поперечный наносекундный разряд с щелевым катодом является особой формой разряда, отличной от АТР
2 Коэффициент эмиссии у имеет высокие значения, и они не могут быть объяснены эмиссией электронов с катода под действием его бомбардировки быстрыми тяжелыми частицами без привлечения дополнительных механизмов эмиссии, в частности фотоэлектронной эмиссии
3 Образование катодного слоя происходит в начальной фазе разряда, и электроны, эмитируемые с катода, при прохождении катодного слоя, где сосредоточена ссновная часть приложенного поля, ускоряются, совершают колебательные движения внутри полости катода и одновременно смещаются в сторону анода При определенных условиях возможна фокусировка части электронов вблизи основания щели Проникновение электрического потенциала вглубь полости катода обусловлено исключительно накоплением пространственного заряда
4 Критерий (Л, определяющий границу перехода к пучковому режиму движения электр энов от гидродинамического, является нелокальным и при движении в направлении анода пучковый режим движения электронов постепенно переходит в гидродинамический Электроны, ускоренные в области КПП, достигают анода и оказывают существенное влияние на динамику развития и структуру оптического излучения Наличие пучковсй составляющей электронной компоненты приводит к поляризации атомных состояний
5 Наблюдаемые в э ксперименте для ограниченного разряда два характерных времени релаксации оптического излучения связаны со сменой локального режима релаксации высокоэнергетичных электронов на нелокальный в зезультате скачкообразного изменения пристеночного потенциала
Научная и практическая ценность работы. Результаты работы важны для понимания физики процессов, протекающих в наносекундных разрядах плазменно-пучкового типа с генерацией быстрых электронов в самом разряде Результаты комплексного исследования данного типа разряда могут быть использованы для оптимизации параметров плазменных лазеров, при разработке плазменных реакторов и различных устройств сильноточной электроники
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях VIII Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001», Москва; И, III, IV Всероссийские конференции «Физическая электроника», Махачкала (2001, 2003 и 2006 гг), Второй Международный конгресс студентов, молодых ученных и специалистов «Молодежь и наука - третье тысячелетие»/У8ТМ'02, Москва, XI Всероссийская конференция по физике газового разряда ФГР, 2002, Рязань, Третья и шестая региональные научно-практические конференции «Компьютерные технологии в науке, экономике и образовании» CT+SEE, Махачкала (2002 и 2005 гг), XXXIII и XXXV Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород (2006 и 2008 гт), Международная конференция «Наука и технологии Шаг в будущее-2006», Киев, V International Conference Plasmas' Physics and Plasma Technology - PPPT-5 (2006), Minsk, Belarus, Международная конференция «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах», 2007, Махачкала, VIII Международная конференция «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул», 2007, Томск
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы Из них статей в журналах, рекомендованных ВАК - 5, статей в других журналах - 2, тезисов докладов в материалах конференций - 16
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения Общий объем диссертации 176 страниц (44 рисунка и 6 таблиц) Список цитируемой литературы содержит 257 наименований
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цель и решаемые в работе задачи, дается краткое описание структуры и содержания диссертации
В главе I диссертации дан литературный обзор работ, в которых изучаются разряды, в которых имеет место генерация высокоэнергетичных электронов
В параграфе 1 1 рассмотрены основные свойства и характеристики газовых разрядов, развивающихся в режиме формирования высокоэнергетичных электронов В параграфе 12 проанализированы работы, в которых исследуются разряды с полым катодом, где генерация высокоэнергетичных электронов происходит в самом разряде
При достаточно больших перенапряжениях классические модели пробоя плотных газов не применимы, тк развитие газоразрядного процесса во многом отличагтся от закономерностей классических форм разряда Одной из важных особенностей высоковольтных наносекундных разрядов, развивающихся в перенапряженных газовых промежутках, является формирование высокоэнергетичных электронов, называемых также в литературе как быстрые электроны или же «убегающие электроны» На основе экспериментальных данных и теоретических исследований в научной литературе предлагается следующий механизм генерации пучка убегающих электронов в газах сначала, в предымпульсе, имеет место слабая фоновая предыонизация объема быстрыми эмиссионными электронами, затем распространяется волна размножения электронов фона Когда волна размножения подходит близко к аноду, выполняется нелокальный критерий убегания электронов и происходит генерация пучка убегающих электронов
Следует отметить, что согласно нелокальному критерию убегания электронов значительное число электронов в межэлектродном промежутке являются убегающими электронами, когда расстояние между электродами становится сравнимым с обратным коэффициентом Таунсенда Нелокальный критерий сильно отличается от принятого в настоящее время локального критерия В частности, из этих критериев вытекают различные рекомендации для формирования электронных пучков в газах Нелокальный критерий приводит к универсальной для данного газа зависимости критического напряжения исг(рс1) между электродами (при котором убегающие электроны составляют значительную долю) от произведения расстояния между электродами на давление газа рс1 Кривая 1/сг(р{Г) отделяет область эффективного размножения электронов от области, в которой электроны покидают разряднь й промежуток, не успев размножиться Эта кривая имеет верхнюю и нижнюю ветви Верхняя ветвь характеризует убегание электронов, нижняи - уход за счет дрейфа Минимальное значение рс1 на кривой исАрс!) соответствует максимуму зависимости коэффициента Таунсенда от Е!р На основе зависимости исг(рс!) построены аналоги кривых Пашена ¡УЦрсО, характеризующих зажигание самостоятельного разряда Они
отличаются от известных кривых Пашена наличием верхней ветки Однако вышеизложенная теория имеет ряд противников, предлагающих другие критерии и механизмы формирования высокоэнергетичных электронов
Другой вопрос, по которому в научной литературе нет единого мнения - это сам механизм формирования электронов и роль различных механизмов эмиссии электронов с катода
Таким образом, обзор научной литературы показывает, что в настоящее время нет единого мнения по вопросам кинетики формирования и распада плазмы, образованной пучками быстрых электронов Такие ситуации закономерны, поскольку нет достаточно полной экспериментальной базы данных для формирования достоверных выводов В этой связи остро стоит вопрос о детальном комплексном экспериментальном исследовании физических процессов в таких системах
В настоящее время для создания пучковой газоразрядной плазмы эффективно используется импульсный поперечный наносекундный разряд с полым катодом Несмотря на очевидные преимущества таких разрядов к настоящему времени хорошо изучен только тлеющий разряд с цилиндрическим полым катодом, имеются работы, в которых рассматриваются разряды с сетчатым анодом и сравнительно небольшое количество работ, посвященных изучению высоковольтного разряда с щелевым катодом
Во второй главе описаны экспериментальные установки и методики комплексного исследования пучковой плазмы поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом, используемые в настоящей работе
Вторая глава содержит четыре параграфа В первом параграфе описывается экспериментальная установка для исследования поперечного импульсного наносекундного разряда с щелевым катодом Во втором и третьем параграфе описываются методики исследования электрокинетических, оптических и спектральных характеристик исследуемого разряда В четвертом параграфе оцениваются погрешности измерений
Экспериментальная установка для исследования поперечного импульсного наносекундного разряда состоит из генератора высоковольтных наносекундных импульсов напряжения (ГИН), собранного по схеме Блюмляйна, генератора синхронизации ГИС, в качестве которого использовался генератор Г5-54, разрядной камеры, системы напуска, откачки газа и контроля давления газа, систем диагностики электрических и оптических характеристик разряда
Накопительный элемент ГИН состоит из керамических малоиндуктивных конденсаторов типа КВИ-3, расположенных непосредственно на электродах с двух сторон разрядной камеры, соединенных полосковыми линиями Такая их компоновка позволяет получить минимальную индуктивность разрядного контура и позволяет вырабатывать импульсы напряжения с передним фронтом 10-15 не и частотой повторения до 50 Гц Кроме того, использование в ГИН схемы
Блюмляйна позволяет реализовать режим удвоения напряжения и получать импульсы напряжения с регулируемой амплитудой до 10 кВ В качестве коммутирующего устройства в ГИН использован керамический тиратрон с водородным наполнением типа ТГИ1-500/1 б, включенный по схеме с общим катодом
Разрядная капера представляла собой кварцевую трубку, в которую помещены два алюминиевых электрода, расположенных на расстоянии 0,6 см друг от друга, один из которых (катод) имеет сложную геометрию, а именно представлягт собой цилиндрический стержень длиной 40 см и диаметром 1,2 см, вдоль которого прорезана полость шириной 0,2 см, глубиной 0,6 см Анод представляет собой плоскую пластину с шириной 2 см и толщиной 0,5 см Выбор такой формы поверхности полого катода и расстояния между электродами обусловлены требованиями устойчивого горения объемногс разряда Этот разряд условно назовем открытым, поскольку плазма имеет возможность свободного расширения с двух сторон В другой серии экспериментов область разряда ограничивалась диэлектрическими стенками из полированного стеклотекстолита, оставляя лишь прямоугольник, продолжающий полость катода Такой разряд далее назовем ограниченным
В следующих двух параграфах описаны методики и экспериментальные установки исследования электрических, оптических, спектральных и пэостранственно-временных характеристик поперечного наносекундного рафяда с щелевым катодом В работе использовались следующие экспериментальные методы метод осциллографирования вольтамперных характеристик (ВАХ) разряда с наносекундным временным разрешением, метоц лучеиспускания, фоторегистрация с использованием цифровой ПЗС-камеры, метод реабсорбции излучения в разряде и модификация этого метода - метод одного плоского зеркала за трубкой, метод поляризационной спектроскопии
Регистрационная система на основе осциллографа с цифровым люминофором типа Tektronix TDS 3032В обеспечивает непрерывный сбор данных со скоростью 3600 осциллограмм/с Данный осциллограф имеет следующие технические характеристики полоса пропускания осциллографа - 300 МГц, число кшалов - 2, частота дискретизации в каждом канале - 2,5 Гвыб/с, максимальная длина памяти 10 тыс точек Точность измерений регистрирующей системы по времени составляет 20 10"6, погрешность по амплитуде - ± 2%
В данной работе для выделения спектральных линий использован Монохроматор/Спегстрограф MS 7504i MS 7504i оснащены 4-х позиционной турелью для автомагической смены дифракционных решеток
Для регистрации анизотропии вместе с монохроматором использовалась цифровая камера HS 102Н Камера предназначена для работы в качестве системы регистрации в составе оптических спектральных приборов в диапазоне длин волн от 200 до 1100 нм под управлением персонального компьютера
В заключение второй главы даны оценки общей погрешности измерений Для условий эксперимента настоящей диссертационной работы погрешность измерений составляла не более 15 %
В главе III приводятся основные результаты экспериментального исследования
В ходе работы было проведено комплексное исследование параметров плазмы высоковольтного наносекундного разряда в щелевом катоде в инертных газах, которое включает в себя экспериментальное исследование электрических характеристик напряжения и тока разряда при различных давлениях газа и перенапряжениях, пространственно-временного распределения интегрального по спектру излучения, динамики спектральных свойств оптического излучения из различных областей полости катода и между электродами, степени поляризации спонтанного излучения в открытой и ограниченной геометрии разряда, плотности метастабильных атомов Исследования проводились в разрядах в гелии и в аргоне в диапазоне давлений газа 1 — 100 Тор Амплитуда напряжения на промежутке регулировалась в диапазоне 0,5 - 5 кВ, при этом амплитуда импульса тока менялась в пределах 50 - 500 А
Экспериментальные исследования показали, что осциллограммы разрядного тока (/р) и напряжения горения (IIг) для открытого и ограниченного разряда, полученные при одинаковых значениях прикладываемого к электродам внешнего напряжения (С/0) и давлении рабочего газа (р) существенно отличаются по форме, величине и длительности
На рис 1 представлены характерное поперечное распределение оптического излучения и осциллограммы электрических характеристик разряда в гелии при давлении газа 10 Тор и напряжении горения 600 В На рис 2 приведены характерные картины распределения оптического излучения между электродами в открытой конструкции разрядного промежутка в аргоне
Систематизация полученных результатов показывает, что в случае разряда в гелии при низких значениях амплитуды подаваемого напряжения (менее 1 кВ) и давления (до 10 Тор) в щели полого катода и у выхода из нее наблюдается светящаяся область с максимальной яркостью излучения у выхода из щели, переходящая далее по направлению к аноду в область темного пространства При этом у поверхности анода также наблюдается небольшая светящаяся область с пятнами на аноде С ростом величины напряжения на электродах уменьшается область темного пространства между катодом и анодом за счет увеличения светящейся области со стороны катода и одновременно увеличивается интенсивность оптического излучения во всем промежутке При высоких напряжениях оптическое излучение заполняет весь промежуток между катодом и анодом, и в этом случае интенсивность излучения имеет максимальное значение у выхода из щели в полости катода
х,см
1) 2) Рис. 1. Поперечное распределение оптического излучения (1) и осциллограммы электрических характеристик (2) открытого разряда в гелии при давлении газа 10 Тор и напряжении горения 600 В.
1-1 кВ 2 -2 кВ З-ЗкВ 4 - 4 кВ
Рис. 2. Оптические картины разряда в аргоне в открытом разряде при р = 15 Тор и различных значениях амплитуды подаваемого напряжения.
| При давлениях газа от 10 Тор и значениях амплитуды подаваемого
; напряжения ниже 2,5 кВ разряд в аргоне в открытой конструкции разрядного
промежутка идет вдоль стенок щели и в центре щели наблюдается темное пространство, которое иногда доходит до анода. С повышением напряжения на электродах разряд постепенно заполняет всю щель и при £/0 ~ 2,5 кВ горит однородный объемный разряд во всем объеме между катодом и анодом.
Экспериментально показано, что в исследованных условиях излучение на всех указанных спектральных линиях частично поляризовано, причем степень линейной поляризации излучения т] на разных линиях различна по величине. При этом значение г| для лйнии \= 396.5 нм в ограниченном разряде заметно меньше чем в открытом разряде. Исследование зависимости г| от величины прикладываемого поля и0 и давления газа р в разрядной
камере показало, что для линий Х= 396 5 нм и Х= 492 1 нм значение г| слабо зависит от величины <70 ир и, примерно, составляет 26 и 4% соответственно А для линии Х= 501 6 нм, при U0 = 1 5 кВ значение т\ уменьшается с 12% до 5% при увеличении величины р от 5 до 60 Тор При постепенном увеличении величины U0 значение t] для области р = 5 - 10 Тор остается практически постоянным, а для области р = 10-60 Тор постепенно увеличивается и при U0 = 3 5 кВ для р = 60 Тор значение ^увеличивается до 11% и сравнивается со значением т] при р = 5 Тор
Четвертая глава посвящена анализу полученных экспериментальных результатов Описывается кинетическая модель формирования плазменно-пучковых разрядов с щелевым катодом. Здесь же приводятся результаты численного моделирования
Были рассчитаны плотности токаja для аномального тлеющего разряда в гелии при значениях напряжения на электродах в момент максимума разрядного тока, энергия быстрых электронов е, обобщенный коэффициент ионно-электронной эмиссии у из экспериментальных данных для разрядного тока и напряжения горения в максимуме тока и суммарный коэффициент эмиссии электронов yi под действием бомбардировки поверхности катода быстрыми тяжелыми частицами (ионами и атомами) Полученные значения ja и экспериментальные данные плотности тока разряда на катоде jk приведены в табл 1
Таблица 1 Основные параметры заряженных частиц ППР в гелии
Jk, А/см2 Ja7 А/см2 jk/ja У Yi И Е, эВ А, см
1 0,23 0,015 15 1,54 0,68 0,059-3,54 372 0,59
2 1,39 0,11 12 3,80 0,93 0,049-2,94 660 1,43
3 2,50 0,25 10 4,91 1,03 0,044-2,64 810 1,96
4 4,50 0,33 14 8,12 1,12 0,042-2,52 936 2,45
5 3,21 0,18 18 9,00 1,07(1,77) 0,040-2,40 1122 3,24
6 7,68 0,38 20 14,14 1,30(2,38) 0,036-2,16 1320 4,16
7 8,93 0,25 36 17,66 1,34(2,45) 0,035-2,10 1350 4,30
8 8,95 0,18 50 20,46 1,41 (2,52) 0,035-2,10 1380 4,45
Из табл 1 видно, что для условий открытого разряда у* на порядок больше, чем ]а, а для ограниченного разряда это отличие еще больше Это отличие ВАХ ППР от ВАХ аномального разряда обусловленное эффектом полого катода и геометрией разрядного промежутка указывает, что ППР наносекундной длительности с щелевым катодом сильно отличается от аномального тлеющего разряда и обладает уникальными свойствами Отметим, что для этих же условий плотность тока в разрядном промежутке почти в семь раз больше Столь существенное отличие от ]а для поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом можно использовать для получения больших токов при фиксированном значении V0 В табл 2 приведены основные параметры заряженных частиц ППР в аргоне
Таблица 2 Основные параметры заряженных частиц ППР в аргоне
Jf , А/см2 п, Ю-12, см-3 и, Ю-6, см/с У е, эВ Л, см
1 3,1 4,15 0,95 3,76 0,28-22 420 0,24
2 9,5 6,19 1,18 7,30 0,23-18 630 0,36
3 14,2 6,64 1,20 10,24 0,23-18 660 0,38
4 18,5 6,78 1,21 12,98 0,22-18 690 0,40
5 20,7 6,49 1,19 15,86 0,23-18 680 0,38
6 58,8 8,08 1,33 33,35 0,20-16 822 0,47
7 65 9,14 1,40 30,55 0,19-16 930 0,54
8 65 10 1,48 26,54 0,18-15 1020 0,59
В ходе проведенного анализа установлено, что плотность тока на катоде для открыта о разряда на порядок больше, чем дает закон подобия для аномально-тлеющего разряда (ATP), а для ограниченного разряда это отличие еще больше Показано, что поперечный наносекундный разряд с щелевым катодом является особой формой разряда, отличной от ATP Для всех исследованных условий коэффициент эмиссии у имеет высокие значения, и они не могут быть объяснены эмиссией электронов с катода под действием его бомбардировки быстрыми тяжелыми частицами без привлечения дополнительных механизмов эмиссии, в частности фотоэлектронной эмиссии
Далее исследован характер движения ускоренных электронов в разрядном промежугке и показано, что критерий ц, определяющий границу перехода к пучковому режиму движения электронов от гидродинамического, является нелокальным и при движении в направлении анода пучковый режим движения электронов постепенно переходит в гидродинамический Электроны, ускоренные в области КПП, достигают анода и оказывают существенное влияние на динамику развития и структуру оптического излучения Показано, что наличие пучковой составляющей электронной компоненты приводит к поляризации атомных состояний и как следствие -частичную линейную поляризацию спонтанного излучения разряда
Установлено, что наблюдаемые в эксперименте для ограниченного разряда два характерных времени релаксации оптического излучения связаны со сменой локального режима релаксации высокоэнергетичньгх электронов на нелокальный в результате скачкообразного изменения пристеночного потенциала Наличие пучковой составляющей электронной компоненты приводит к поляризации атомных состояний
Анализ физических процессов в щелевом катоде показывает, что наблюдаемые в эксперименте особенности распределения интенсивности оптического изучения в полости катода и распределения основных параметров ионизованного газа (пе, Те, J) связаны с распределением электрического потенциала в полости катода и характером движения электронов в ней Численно рассчитаны распределение потенциала
электрического поля и траектории движения электронов в полости щелевого катода и определено влияние пространственного заряда и сопротивления газовой среды на распределение электрического потенциала и траектории движения электронов в полости катода
В качестве исходного уравнения рассмотрено уравнение Лапласа для двумерного случая, поскольку вдоль катода (координаты г) условия не меняются
дх ду
Здесь е - заряд электрона, пе(ху) и п,(ху) - плотности электронов и ионов соответственно Распределение зарядов пе(х,у) и и,(х,у) в полости катода выбирались из следующих соображений
Предполагалось, что ионы создаются в основном в объеме плазмы посредством ионизации и попадают из него в катодный слой, имея направленную скорость и0 Такое движение ионов должно компенсировать их потери из-за рекомбинации на стенке Для простоты вначале рассмотрена задача о стационарном слое без учета столкновений в катодном слое, затем учтено влияние столкновений
Тогда из закона сохранения энергии мы имеем
^М92 = -е<р{х,у)
у _ | _ 2е<р(х,у)
М
К
где М - масса ионов, <р(х,у) - распределение потенциала внутри полости катода в двумерном случае, ЯСх^у) - скорость ионов Из уравнения непрерывности для ионов плотность ионов можно выразить через плотность фоновой (квазистационарной) плазмы п0
отсюда
п,(х,у) = п 0
2 е(р{х,у)
М&1 ;
Плотность же электронов в стационарном случае будет подчиняться распределению Больцмана
"с(*,.У) = "о-ехР где кТе - средняя энергия электронов
еф,у) кТ.
В ходе анализа показано, что образование катодного слоя происходит в начальной фазе разряда, и электроны, эмитируемые с катода, при прохождении катодного слоя, где сосредоточена основная часть приложенного полл, ускоряются, совершают колебательные движения внутри полости катода и одновременно смещаются в сторону анода При определенных условиях возможна фокусировка части электронов вблизи основания щели Проникновение электрического потенциала вглубь полости катода обусловлено исключительно накоплением пространственного заряда Далее проведено сэпоставление результатов численного моделирования с кинетическими эффектами, наблюдаемыми экспериментально
В заключении приводятся основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы
1 Развита методика комплексного исследования динамики развития и релаксации поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом, включающая в себя методы исследования вольтамперных характеристик, пространственно-временного распределения оптического излучения, плотности возбужденных, в том числе метастабильных атомов и анизотропных процессов электронного возбуждения ¿томов Создана система автоматизированного измерения оптических и электрических характеристик поперечных наносекундных разрядов
2 Выполнены систематические экспериментальные исследования электр!гческих характеристик и пространственного распределения оптического излучения поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом в зависимости от амплитуды напряжения пробоя, давления газа и наличия диэлектрических стенок, ограничивающих область разряда Экспериментально установлено, что ВАХ открытого и ограниченного наносекундного разряда с щелевым катодом во всех исследованных режимах горения сильно отличаются При высоких значениях амплитуд напряжения на осциллограмме разрядного тока ограниченного разряда формируется дополнительный максимум тока, и различие б плотности тока по сравнению с открытым разрядом достигает более одного порядка величины
3 Установлено, что плотность тока на катоде для открытого разряда на порядок больше, чем дает закон подобия для аномально-тлеющего разряда (АТР), а для ограниченного разряда это отличие еще больше Показано, что поперечный наносекундный разряд с щелевым катодом является особой формой разряда, отличной от АТР
4 Показано, что для всех исследованных условий коэффициент эмиссии у имеет высокие значения, и они не могут быть объяснены эмиссией электронов с катода под действием его бомбардировки быстрыми тяжелыми частицами без привлечения дополнительных механизмов эмиссии, в частности фотоэлектронной эмиссии
5 Показано, что образование катодного слоя происходит в начальной фазе разряда, и электроны, эмитируемые с катода, при прохождении катодного слоя, где сосредоточена основная часть приложенного поля, ускоряются, совершают колебательные движения внутри полости катода и одновременно смещаются в сторону анода При определенных условиях возможна фокусировка части электронов вблизи основания щели Проникновение электрического потенциала вглубь полости катода обусловлено исключительно накоплением пространственного заряда
6 Показано, что критерий ц, определяющий границу перехода к пучковому режиму движения электронов от гидродинамического, является нелокальным и при движении в направлении анода пучковый режим движения электронов постепенно переходит в гидродинамический Электроны, ускоренные в области КПП, достигают анода и оказывают существенное влияние на динамику развития и структуру оптического излучения Наличие пучковой составляющей электронной компоненты приводит к поляризации атомных состояний
7 Установлено, что наблюдаемые в эксперименте для ограниченного разряда два характерных времени релаксации оптического излучения связаны со сменой локального режима релаксации высокоэнергетичных электронов на нелокальный в результате скачкообразного изменения пристеночного потенциала
Основные материалы диссертации опубликованы в следующих
работах (примечание, автор и соавтор Виричуева ВС в последствии
Кобзева ВС).
Статьи, опубликованные в журналах, включенных в Перечень ВАК
1 Ашурбеков Н А, Виричуева В С, Иминов К О, Омаров О А Пространственное распределение параметров плазмы внутри полости катода в поперечном наносекундном разряде с щелевым катодом // Известия РАН Серия физическая 2003 Т 67 №9 С 1307-1311
2 Ашурбеков Н А , Иминов К О , Кобзева В.С , Кобзев О В , Омаров О А Роль быстрых электронов в кинетике оптического излучения в плазменно-пучковом разряде с щелевым катодом // Известия ВУЗов Сев -Кав региона Естественные науки № 3 2006 С 16-19
3 Ашурбеков Н А , Иминов К О , Кобзева В С , Кобзев О В Формирование ускоренных электронов и их влияние на структуру наносекундного разряда с щелевым катодом // ТВТ 2007 Т 45. № 3 С 1-7
4. Ашурбеков Н А., Иминов К О, Кобзева В С , Кобзев О В О роли высокоэнергетичных электронов в формировании структуры плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом // Письма в ЖТФ 2007 Т 33 Вып 12 С 47-54
5 Ашурбеков Н А Иминов К О , Кобзева В С , Кобзев О В Электрические и оптические характеристики наносекундного разряда с щелевым катодом, ограниченного диэлектрическими стенками // Письма в ЖТФ 2008 Т 34 Вып 1 С 17-25
Другие публикации
1 Ашурбеков Н А , Виричуева В С , Иминов К О , Омаров О А Численное моделирование распределения электрического потенциала в газовом разряде с щелевым катодом // Вестник ДГУ Естественные науки Махачкала 2001 Вып 1 С 5-9
2 Ашурбеков Н А , Иминов К О , Кобзева В С , Омаров О А Динамика развития поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом // Вестник ДГУ Естественные науки Спец выпуск, посвященный 60-летию кафедры общей оизики Махачкала 2005 С 97-101
3 Виричуева В С Кинетика электронов в щелевом катоде при высоковольтном наносекундном пробое аргона // В сб Тезисы VIII Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001» Секция Физика М 2001 С 165-166
4 Ашурбеков Н А, Виричуева В С, Иминов К О, Омаров О А Пространственное распределение параметров плазмы в поперечном наносекундном разряде с щелевым катодом // В сб Материалы II Всероссийской конференции «Физическая электроника» Махачкала 2001 С 18-23
5 Виричуева В С Катодные процессы в активной среде пеннинговского плазменного лазера на смесях инертных газов // В сб Тезисы Второго Международного конгресса студентов, молодых ученных и специалистов «Молодежь и на >тса — третье тысячелетиея/YSTM'02 М Часть I 2002 С 69
6 Ашурбеков Н А , Виричуева В С , Иминов К О , Омаров О А Численное моделирование распределения электрического потенциала в поперечном газовом разряде с щелевым катодом // В сб Материалы XI Всероссийской конференции по физике газового разряда ФГР-2002 Рязань 2002 С 54 -55
7 Ашурбеков Н А , Иминов К О , Виричуева В С Численное моделирование распределения параметров плазмы в полом катоде с использованием пакета MathCAD Professional // В сб Материалы третьей региональной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, экономике и обризовании» CT+SEE 2002 Махачкала 2002 С 17-19
8 Ашурбеков Н А, Виричуева В С, Иминов К О, Омаров О А Исследование механизмов формирования плазмы внутри полости катода в поперечном наносекундном разряде с щелевым катодом // В сб Материалы III Всероссийской конференции «Физическая электроника» Махачкала 2003 С 106-113
9 Ашурбеков Н А, Иминов К О , Кобзева В С Расчет пространственной зависимости ко)ффициента ионизации для гелия в полости щелевого
катода // В сб Материалы шестой региональной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, экономике и образовании» CT+SEE 2005 Махачкала 2005 С 27-30
10 Ашурбеков Н А , Иминов К О , Кобзева В С Динамика формирования поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом в инертных газах // В сб Материалы XXXIII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС 2006
http //plasma gpi ru/Zvenigorod/XXXIII/T htmlffSekcna T
11 Ашурбеков H A, Иминов К О, Кобзева В С, Кобзев OB О роли высокоэнергетичных электронов в формировании структуры плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом // В сб Тезисы Международной конференции «Наука и технологии Шаг в будущее-2006» Киев 2006 http //www rusnauka com/NTSB 2006/Phisica/3 ashurbekov%20n a doc htm
12Ashurbekov NA, Immov КО, Kobzeva VS, Kobzev OV On the mechanism of development of plasma-beam discharge with the slot-hole cathode // V International Conference Plasms Physics and Plasma Technology -PPPT-5. Minsk, Belarus 2006 V 1 P 128-131
13 Ашурбеков H A , Иминов К О , Кобзева В С, Кобзев О В , Омаров О А Свойства наносекундного разряда среднего давления с щелевым катодом в аргоне // В сб Материалы IV Всероссийской конференции «Физическая электроника» Махачкала 2006 С 115-119
14 Ашурбеков Н А, Иминов К.О , Кобзева В С , Кобзев О В Электрические характеристики ограниченного наносекундного разряда с щелевым катодом // В сб Материалы IV Всероссийской конференции «Физическая электроника» Махачкала 2006 С 120-121
15 Ашурбеков Н А , Иминов К О , Кобзева В С , Кобзев О В Выстраивание атомных состояний в плазме наносекундного разряда с щелевым катодом в гелии // В сб : «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» Махачкала 2007 С 545-548
16 Ашурбеков НА, Иминов К.О, Кобзева ВС, Кобзев OB Эмиссия электронов с поверхности щелевого катода в поперечном наносекундном разряде гелии // В сб «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» Махачкала 2007 С 549-552
17 Ашурбеков НА., Иминов КО, Кобзева ВС, Кобзев OB Режимы формирования оптического излучения наносекундного плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом // VIII Международная конференция «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» Томск. 10-14 сентября 2007 http //symp iao ru/ru/ampl/08/sess/
18 Ашурбеков Н А , Иминов К О, Кобзева В С, Кобзев О В Поляризация состояний атомов гелия в плазме наносекундного разряда с щелевым катодом // В сб Тезисы докладов XXXV Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС Звенигород 2008 http //www fpl gpi ru/Zvenigorod/XXXV/L html#Sekcna P
¡1
Формат 60x84. 1/16. Печать ризографная. Бумага № 1. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. - 1,25 изд. печ. л. - 1,25. Заказ - 87 -46. Тираж 100 экз. Отпечатано в ООО «Деловой мир» Махачкала, ул. Коркмасова, 35а
Введение.
Глава I. Плазменно-пучковые разряды в инертных газах
1.1. Газовые разряды, развивающиеся в режиме формирования высокоэнергетичных электронов.
1.2. Газовые разряды с генерацией высокоэнергетичных электронов на основе полого катода.
Глава II. Методика и техника эксперимента.
2.1. Экспериментальная установка для исследования поперечного импульсного наносекундного разряда с щелевым катодом.
2.2. Методика и техника исследования электрокинетических характеристик.
2.3. Методика и техника исследования оптических характеристик.
2.4. Анализ погрешностей измерений.
Глава III. Результаты экспериментального исследования поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом
3.1. Электрические характеристики ППР с щелевым катодом
3.2. Пространственно-временное формирование разряда
3.3. Сравнительный анализ открытого и ограниченного разрядов.
3.4. Поляризация атомных состояний в поперечном наносекундном разряде.
Глава IV. Кинетика плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом.
4.1. Режим формирования ППР с щелевым катодом.
4.2. Влияние высокоэнергетических электронов на оптические свойства ППР с щелевым катодом
4.3. Численное моделирование процессов в разряде с щелевым катодом.
Плазма как активная среда привлекает к себе внимание двумя преимуществами. Во-первых, возможностью создания эффективных лазеров коротковолнового диапазона (видимого, ультрафиолетового и рентгеновского). Во-вторых, возможностью накачки в плазменную среду существенно больших количеств энергии (по сравнению с твердым телом, жидкостью и газом) без изменения агрегатного состояния [1].
Исследованию несамостоятельных плазменно-пучковых разрядов (НИР), образованных внешним жестким ионизатором в инертных газах и их смесях посвящено огромное количество научных работ, например [2 - 22]. Это связано с разработкой и оптимизацией работы газовых лазеров, генерирующих излучение в видимой области спектра, где в качестве активной среды используется пучковая плазма. Неравновесная плазма, создаваемая электронным пучком, находит широкое применение также в различных технологических устройствах, в частности, в устройствах для обработки поверхностей и нанесения тонких пленок, в радиационной и электронно-лучевой технологии, в плазмохимии и других областях [5, 6, 23, 24].
Плазменно-пучковые разряды, образованные внешним жестким ионизатором обладают целым рядом преимуществ. Важнейшее из них заключается в том, что основная доля энергии этих частиц идет на образование новых электронов (ионизация среды), а не на нагрев свободных электронов, уже имеющихся в ней. В работах [25 - 28] показано, что пучковая накачка пеннинговских плазменных лазеров обеспечивает на порядок большие значения коэффициента преобразования вложенной в газовую среду энергии, чем при использовании обычных газоразрядных активных сред. Однако получение таких разрядов связано с такими недостатками, как стоимость установок и громоздкость конструкций. Поэтому актуален вопрос о создании газоразрядных систем, в которых пучки быстрых электронов формируются в самом разряде в процессе электрического пробоя газа [29 - 63]. На настоящий момент быстрые электроны получены в продольных разрядах в длинных трубках на фронте высокоскоростных волн ионизации [29 - 32, 41 — 47]; в скользящих по поверхности диэлектрика разрядах [48, 49]; в разрядах с полым катодом [50 -57]; в открытых разрядах с короткими межэлектродными промежутками [58 -63].
Обзор научной литературы показывает, что в настоящее время нет единого мнения по вопросам динамики формирования и развития ППР и механизмов генерации убегающих электронов в таких разрядах. К примеру, в журнале «Успехи физических наук» в последние годы велась достаточно жесткая полемика между авторами Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. [64 - 66] с одной стороны и Бабичем Л.П. [67, 68] с другой стороны о механизмах генерации пучка убегающих электронов в газовых разрядах. В работе [69] Ульянов К.Н. также выступает против теории авторов [64]. Между авторами Боханом П.А., Колбычевым Г.В. с сотрудниками [70 - 73] и Сорокиным А.Р. [74 - 76] также ведутся дебаты по поводу картины формирования электронных пучков в открытых разрядах различного типа. Такие ситуации закономерны, поскольку нет достаточно полной экспериментальной базы для формирования достоверных выводов. Поэтому остро стоит вопрос о более подробном экспериментальном изучении физических процессов в таких системах.
Одним из перспективных направлений создания пучковой газоразрядной плазмы является импульсный поперечный наносекундный разряд с полым катодом. В конце 19-го - начале 20-го веков разные исследователи, работающие с тлеющими разрядами, указывали на то, что использование различных видов электродов приводило к существенным изменениям горения разряда (см. ссылки в [57]). В 1916 году Пашен Ф. опубликовал данные исследования спектра тлеющего разряда с полым катодом в гелии. Эту дату считают датой открытия разряда с полым катодом.
Существенные отличия разрядов с полым катодом от разрядов с плоскими электродами позволило выделить их в отдельный класс. Впервые наиболее полно данные по разрядам с полым катодом систематизировал Москалев Б.И. в своей книге «Разряд с полым катодом», вышедшей в 1969 году [57]. В ней приведены: классификация различных типов разряда с полым катодом, исторический очерк, рассмотрены экспериментальные характеристики и теория тлеющего разряда с полым катодом, а также применение разряда с полым катодом в различных устройствах (промышленные ионные приборы, газоразрядные лазеры, ионные источники с полым катодом) и для различных целей (сварка и плавка материалов электронной пушкой с полым катодом, использование разряда с полым катодом в термоядерном эксперименте).
В настоящее время наиболее известны следующие виды разрядов с полым катодом: цилиндрический полый катод, разряд с сетчатым анодом, щелевой катод. Несмотря на очевидные преимущества таких разрядов к настоящему времени хорошо изучен только тлеющий разряд с цилиндрическим полым катодом [51, 77, 78], имеются работы, в которых рассматриваются разряды с сетчатым анодом [70 - 76], работ же, посвященных изучению щелевого катода, мало [79, 80].
Свойства ППР во многом определяются условиями в стадии формирования разряда и геометрией катода. В связи с этим значительный интерес представляют разряды с щелевым катодом, в которых из-за проникновения плазмы в полость катода и осциллирующего движения электронов в ней может формироваться пучок электронов с энергией до нескольких сот электронвольт. Такие разряды позволяют получить токи до сотен ампер при средних и повышенных давлениях газа, необходимые для получения оптической генерации. Преимуществами разряда с щелевым катодом перед другими аналогичными разрядами являются существенно больший объем разряда, малые рабочие напряжения и возможность управления свойствами пучка.
Настоящая диссертация посвящена изучению кинетических эффектов в поперечном наносекундном газовом разряде с щелевым катодом в инертных газах при средних давлениях газа. В частности работа посвящена исследованию динамики формирования оптических свойств плазмы и кинетики заряженных частиц таких разрядов, их влияния на процесс формирования пробоя газа, а также установлению оптимальных характеристик поперечных наносекундных газовых разрядов с щелевым катодом с точки зрения генерации высокоэнергетичных электронов.
Объектом исследования являлись поперечные наносекундные разряды плазменно-пучкового типа с щелевым катодом в инертных газах (гелий, аргон). Исследования проводились в диапазоне давлений рабочего газа 1 — 100 Тор и напряжениях на разрядном промежутке 0,5 — 5 кВ.
Целью диссертационной работы являлось комплексное исследование кинетических эффектов в импульсных наносекундных разрядах плазменно-пучкового типа с щелевым катодом в гелии и аргоне.
Задачи, решаемые в данной работе:
1. Развитие методики комплексного исследования наносекундного разряда плазменно-пучкового типа и получение экспериментальных сведений об основных параметрах наносекундного разряда с щелевым катодом в Не, Аг в диапазоне давлений газа 1-100 Тор;
2. Детальное экспериментальное исследование и анализ механизмов и динамики развития поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом в инертных газах при средних давлениях газа в открытом и ограниченном диэлектрическими стенками режимах;
3. Экспериментальное исследование оптических и спектральных характеристик ППР с щелевым катодом;
4. Исследование механизмов формирования ускоренных электронов и режимов движения этих электронов в ППР с щелевым катодом;
5. Численное исследование распределения основных параметров ППР в полости щелевого катода.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы:
• Для определения плотности тока и электрокинетических характеристик разряда использовался метод осциллографирования вольтамперных характеристик (ВАХ) разряда с наносекундным временным разрешением.
• Для исследования пространственно-временного распределения оптического излучения разряда использовались метод лучеиспускания и фоторегистрация с использованием цифровой ПЗС-камеры, подключенной к компьютеру.
• Плотность метастабильных и возбужденных атомов измерялись методом реабсорбции излучения в разряде и модификацией этого метода - методом одного плоского зеркала за трубкой.
• Для исследования анизотропии функции распределения электронов и процессов электронного возбуждения атомов использовался метод поляризационной спектроскопии.
Научная новизна. В работе впервые проведено систематическое исследование наносекундного разряда с щелевым катодом в широком диапазоне изменения условий в разряде в открытом и ограниченном диэлектрическими стенками режимах. Получены экспериментальные сведения об основных параметрах таких разрядов. Впервые выполнен детальный анализ динамики и механизмов развития наносекундного разряда с щелевым катодом в различных режимах формирования и установлены общие закономерности в оптических и электрических свойствах.
Положения, выносимые на защиту: 1. При высоких значениях амплитуд напряжения на осциллограмме разрядного тока ограниченного разряда формируется дополнительный максимум тока. Плотность тока на катоде для открытого разряда на порядок больше, чем дает закон подобия для аномально-тлеющего разряда (АТР), а для ограниченного разряда это отличие еще больше. Поперечный наносекундный разряд с щелевым катодом является особой формой разряда, отличной от АТР.
2. Коэффициент эмиссии у имеет высокие значения, и они не могут быть объяснены эмиссией электронов с катода под действием его бомбардировки быстрыми тяжелыми частицами без привлечения дополнительных механизмов эмиссии, в частности фотоэлектронной эмиссии.
3. Образование катодного слоя происходит в начальной фазе разряда, и электроны, эмитируемые с катода, при прохождении катодного слоя, где сосредоточена основная часть приложенного поля, ускоряются, совершают колебательные движения внутри полости катода и одновременно смещаются в сторону анода. При определенных условиях возможна фокусировка части электронов вблизи основания щели. Проникновение электрического потенциала вглубь полости катода обусловлено исключительно накоплением пространственного заряда.
4. Механизм перехода пучкового режима движения электронов в гидродинамический является нелокальным и при движении в направлении анода пучковый режим первичных электронов в катодном слое постепенно переходит в гидродинамический режим. Электроны, ускоренные в области КПП, достигают анода и оказывают существенное влияние на динамику развития и структуру оптического излучения. Наличие пучковой составляющей электронной компоненты приводит к поляризации атомных состояний.
5. Наблюдаемые в эксперименте для ограниченного разряда два характерных времени релаксации оптического излучения связаны со сменой локального режима релаксации высокоэнергетичных электронов на нелокальный в результате скачкообразного изменения пристеночного потенциала.
Научная и практическая ценность работы. Результаты работы важны для понимания физики процессов, протекающих в наносекундных разрядах плазменно-пучкового типа с генерацией быстрых электронов в самом разряде. Результаты комплексного исследования данного типа разряда могут быть использованы для оптимизации параметров плазменных лазеров, при разработке плазменных реакторов и различных устройств сильноточной электроники.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях: VIII Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001», Москва; И, III, IV Всероссийские конференции «Физическая электроника», Махачкала (2001, 2003 и 2006 гг.); Второй Международный конгресс студентов, молодых ученных и специалистов «Молодежь и наука - третье тысячелетие»/гУ8ТМ'02, Москва; XI Всероссийская конференция по физике газового разряда ФГР, 2002, Рязань; Третья и шестая региональные научно-практические конференции «Компьютерные технологии в науке, экономике и образовании» CT+SEE, Махачкала (2002 и 2005 гг.); XXXIII и XXXV Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, Звенигород (2006 и 2008 гг.); Международная конференция «Наука и технологии: Шаг в будущее-2006», Киев; V International Conference Plasmas' Physics and Plasma Technology — PPPT-5 (2006), Minsk, Belarus; Международная конференция «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах», 2007, Махачкала; VIII Международная конференция «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул», 2007, Томск.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы. Из них статей в журналах, рекомендованных ВАК — 5, статей в других журналах - 2; тезисов докладов в материалах конференций - 16.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем диссертации 176 страниц (44 рисунка и 6 таблиц). Список цитируемой литературы содержит 230 наименований.
Основные результаты, полученные в диссертационной работе:
1. Развита методика комплексного исследования динамики развития и релаксации поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом, включающая в себя методы исследования электрических характеристик, пространственно-временного распределения оптического излучения, плотности возбужденных, в том числе метастабильных атомов и анизотропных процессов электронного возбуждения атомов. Создана система автоматизированного измерения оптических и электрических характеристик поперечных наносекундных разрядов.
2. Выполнены систематические экспериментальные исследования электрических характеристик и пространственного распределения оптического излучения поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом в зависимости от амплитуды напряжения пробоя, давления газа и наличия диэлектрических стенок, ограничивающих область разряда. Экспериментально установлено, что осциллограммы тока разряда и напряжения горения на разрядном промежутке открытого и ограниченного наносекундного разряда с щелевым катодом во всех исследованных режимах горения сильно отличаются. При высоких значениях амплитуд напряжения на осциллограмме разрядного тока ограниченного разряда формируется дополнительный максимум тока, и различие в плотности тока по сравнению с открытым разрядом достигает более одного порядка величины.
3. Установлено, что плотность тока на катоде для открытого разряда на порядок больше, чем дает закон подобия для аномально-тлеющего разряда (АТР), а для ограниченного разряда это отличие еще больше. Показано, что поперечный наносекундный разряд с щелевым катодом является особой формой разряда, отличной от АТР.
4. Показано, что для всех исследованных условий коэффициент эмиссии у имеет высокие значения, и они не могут быть объяснены эмиссией электронов с катода под действием его бомбардировки быстрыми тяжелыми частицами без привлечения дополнительных механизмов эмиссии, в частности фотоэлектронной эмиссии.
5. Показано, что механизм перехода пучкового режима движения электронов в гидродинамический является нелокальным и при движении в направлении анода пучковый режим первичных электронов в катодном слое постепенно переходит в гидродинамический режим. Электроны, ускоренные в области КПП, достигают анода и оказывают существенное влияние на динамику развития и структуру оптического излучения. Наличие пучковой составляющей электронной компоненты приводит к поляризации атомных состояний.
6. Установлено, что наблюдаемые в эксперименте для ограниченного разряда два характерных времени релаксации оптического излучения связаны со сменой локального режима релаксации высокоэнергетичных электронов на нелокальный в результате скачкообразного изменения пристеночного потенциала.
7. Показано, что образование катодного слоя происходит в начальной фазе разряда, и электроны, эмитируемые с катода, при прохождении катодного слоя, где сосредоточена основная часть приложенного поля, ускоряются, совершают колебательные движения внутри полости катода и одновременно смещаются в сторону анода. При определенных условиях возможна фокусировка части электронов вблизи основания щели. Проникновение электрического потенциала вглубь полости катода обусловлено исключительно накоплением пространственного заряда.
Заключение
1. Плазма в лазерах / Под ред. Дж. Бекефи. - М.: Энергоиздат, 1982. - 416 с.
2. Вейн А. Джонсон, Жерардо Дж.Б., Паттерсон E.JI. и др. Исследование газовых лазеров с накачкой электронным пучком. // Квантовая электроника. 1976. Т. 3. № 4. С. 914 922.
3. Иванов А.Н., Прудников М.М. Релаксация распределения энергии электронного пучка в плазме гелия. // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 5. С. 517-519.
4. Рыжов В.В., Ястремский А.Г. Распределение энергии электронного пучка в плазме азота. // Физика плазмы. 1978. Т. 4. № 6. С. 1262 1266.
5. Батенин В.М., Бучанов В.В., Казарян М.А. и др. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов. М.: Научная книга, 1998. - 544 с.
6. Бычков В.Л., Васильев М.Н., Коротеев A.C. Электронно-пучковая плазма. Генерация, свойства, применение. М.: МГОУ, А/О «Росвузнаука», 1993. - 168 с.
7. Трофимов Ю.В. О существовании уединенных волн в наносекундных разрядах с предионизацией. // ТВТ. 1981. Т. 19. № 5. С. 929 936.
8. Славин Б.Б., Сопин П.И. Волновой пробой в длинных трубках с предварительной ионизацией. // ТВТ. 1990. Т. 28. № 2. С. 243 250.
9. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М.: Наука, 1991. -224с.
10. Ю.Мустафаев A.C. Динамика электронных пучков в плазме. // ЖТФ. 2001. Т. 71. Вып. 4. С. 111-121.
11. П.Соловьев А.П., Зюрюкина О.В., Свинолупов К.И. О панорамных измерениях концентрации электронных пучков методом томпсоновского рассеяния лазерного излучения. // ЖТФ. 1999. Т. 69. Вып. 6. С. 80-83.
12. Бабаян С.А., Ростомян Э.В., Саноян Ю.Г. Влияние диссипации на неустойчивость сверхпредельного электронного пучка. // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 16. С. 1 -5.
13. Кардифов Д.М., Лукина H.A. Релаксация электронного пучка в плазме при развитии модуляционной неустойчивости. // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. Вып. 5. С. 25-29.
14. Н.Кочмарев Л.Ю., Чмиль А.И., Шустин Е.Г. О структуре и механизме генерации высокочастотных колебаний в пучково-плазменном разряде. // Физика плазмы. 1995. Т. 21. № 3. С. 257 266.
15. Бычков В.Л., Васильев М.Н., Зуев А.П. Экспериментально-теоретическое исследование свойств приповерхностной электронно-пучковой плазмы азота. // ТВТ. 1994. Т. 32. № 3. С. 323 333.
16. Глушенец В.И., Коваль H.H., Толкачев B.C., Щанин П.М. Эмиссионные свойства плазменного катода на основе тлеющего разряда для генерации пучка электронов наносекундной длительности. // ЖТФ. 1999. Т. 69. Вып. 11. С. 62-65.
17. Бориско В.H., Петрушеня A.A. Особенности генерации низкоэнергетичных электронных пучков большого сечения из плазменного источника электронов пеннинговского типа. // ЖТФ. 2003. Т. 73. Вып. 1.С. 86-90.
18. Айзацкий Н.И., Довбня А.Н., Закутин В.В. и др. Формирование пространственно-периодических электронных пучков в системе магнетронных пушек со вторично-эмиссионными катодами. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 23. С. 25-30.
19. Карелин A.B., Симакова О.В. Кинетика активной среды многоволнового ИК лазера на ксеноне в смесях Не и Ar, накачиваемых жестким ионизатором. 1. Электронно-пучковая накачка. // Квантовая электроника. 1999. Т. 28. №2. С. 121 128.
20. Севальников А.Ю., Скворцов В.А. Кинетика неравновесной плазмы, образованной пучками ускоренных электронов и протонов. // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 4. С. 434 440.
21. Яковлева В.И. Изучение процессов образования возбужденных состояний атомов при прохождении электронного пучка через газ. // Оптика и спектроскопия. 1999. Т. 86. № 3. С. 890 893.
22. Марциновский A.M. Пучково-плазменный разогрев электронов -возможный механизм образования плотной плазмы в псевдоискровом разряде. // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. Вып. 11. С. 33 36.
23. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е. и др. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 256 с.
24. Little С.Е. Metal Vapor Lasers. Chichester: John Wiley & Sons, 1999. - 620 P
25. Schmieder D., Salamon T.I. A visible helium plasma recombination laser. // Opt. Commun. 1985. Vol. 55. № 1. P. 49.
26. Бункин Ф.В., Держиев В.И., Месяц Г.А. и др. // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. Вып. 10. С. 1993.
27. Держиев В.И., Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. и др. // Труды ИОФ РАН. 1989. Т. 23. С. 5.
28. Иванов А.Н., Прудников М.М. Исследование неравновесного излучения слабоионизованной плазмы гелия. // ТВТ. 1992. Т. 30. № 2. С. 230 235.
29. Anderson Н.Е., Tobin R.C. Elektrical Breakdown and Pumping in an. Axial-field Nitrogen Laser. // Physica Scripa. 1974. V. 9. P. 7 14.
30. Асиновский Э.И., Василяк JI.M., Кириллин A.B., Марковец B.B. Реакция слабоионизованной плазмы на высоковольтный наносекундный импульс. //ТВТ. 1975. Т. 13. № 6. С. 1281 1282.
31. Асиновский Э.И., Марковец В.В., Самойлов И.С. Синхронизованная диагностика волнового пробоя в длинных трубках. // ТВТ. 1981. Т. 19. № 3. С. 587-594.
32. Асиновский Э.И., Василяк JI.M., Самойлов И.С. // Тез. докл. VIII Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы. Новосибирск. 1980. Т. 2. С. 217.
33. Иванов А.Н., Прудников М.М. Нестационарный деградационный спектр электронов в атомарном газе. // Физика плазмы. 1993. Т. 19. № 4. С. 594 — 600.
34. Колоколов Н.Б., Кудрявцев A.A., Романенко В.А. Кинетика ионизации и рекомбинации в пучковой плазме инертных газов высокого давления. // В сб.: Процессы ионизации с участием возбужденных атомов. Ленинград. 1989. С. 117-155.
35. Васенков A.B., Малиновский B.C. Метод Монте-Карло для Функции распределения вторичных электронов, генерируемых электронным пучком. // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 5. С. 461 -465.
36. Ашурбеков H.A. Кинетика заселения возбужденных состояний атомов в послесвечении мощного импульсного разряда наносекундной длительности в неоне и гелии. Кандидатская диссертация. JL, ЛГУ. 1985. 184 С.
37. Ашурбеков H.A., Борисов В.Б., Егоров B.C., Пастор A.A., Пенкин Н.П. Спектроскопические и интерферометрические исследования импульсного разряда с использованием лазеров. В сб.: Физика газового разряда. Махачкала. 1990. С.22-25.
38. Ашурбеков H.A., Борисов В.Б., Егоров B.C., Кардашов В.Р. Оптимизация параметров возбуждения пеннинговского плазменного лазера на смеси неон-водород продольным не разрядом. // Оптика и спектр. 1995. Т. 76. №6. С. 999-1003.
39. Егоров B.C. Молекулярные ионы инертных газов в плазме импульсного разряда. // Химия плазмы. Под ред. Смирнова Б.М. М.: Энергоатомиздат, 1980. Вып. 7. С. 187-218.
40. Методы исследования плазмы. // Сб. статей под ред. Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1971.-552 с.
41. Лагарьков А.Н., Руткевич И.М. Волны электрического пробоя в ограниченной плазме. М.: Наука. 1989. 207 с.
42. Асиновский Э.И., Василяк Л.М., Марковец В.В. Волновой пробой газовых промежутков. II. Волновой пробой в распределенных системах. // ТВТ. 1983. Т.21. N3. С.577-590.
43. Амиров Р.Х., Асиновский Э.И., Марковец В.В. и др. Генерация быстрых электронов и поддержание ионизации при волновом пробое длинных разрядных трубок: Препринт ИВТАН. №3-183. М. 1986. 33 с.
44. Лагарьков А.Н., Руткевич И.М. Ионизирующие волны пространственного заряда. //ДАН СССР. 1979. Т. 249. № 3. С. 593.
45. Лагарьков А.Н., Руткевич И.М. // В сб.: Проблемы физики и техники наносекундных разрядов. М.: ИВТАН. 1981. С. 30.
46. Асиновский Э.И., Лагарьков А.Н., Марковец В.В., Руткевич И.М., Ульянов A.M., Филюгин И.В. Влияние продольного магнитного поля наструктуру быстрой волны ионизации и формируемый импульс тока. // ТВТ. 1987. Т. 25. № 5. С. 842-852.
47. Василяк JI.M., Токунов Ю.М. Обострение фронта высокоскоростной волны ионизации при напряжении 250 кВ. // ТВТ. 1994. Т. 32. № 4. С. 483 -485.
48. Дашук П.Н., Кулаков C.JI. Формирование электронного пучка в плазме скользящего разряда.//Письма в ЖТФ. 1981. Т.7. №21. С. 1315-1320.
49. Баранов В. Ю. , Борисов В. М. , Высикайло Ф. И. , Христофоров О. Б. Исследование условий формирования однородного сильносточного скользящего разряда / ТВТ, 1984, т. 22, N 4, с. 661-662.
50. Солдатов А.Н. Особенности распределения электронов по энергиям в разряде с полым катодом в гелии. //Опт. и спектр. 1971, Т.31, Вып.1. -С.181-184.
51. Бородин B.C., Каган Ю.М. Возбуждение гелия в разряде с полым катодом. //Опт. и спектр, 1967, Т.23, Вып.2. С.200-206.
52. Hershcovitch A.J., Kovarik V.J., Prelec К. Observation of a two component electron population in a hollow cathode discharge. //J.Appl.Phys, 1990, Vol.67, №2. -P.671-674.
53. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хворостовский С.И. О расспределении электронов по энергиям в полом катоде. I //ЖТФ, 1972, Т.42, Вып.8. -С.1686-1692.
54. Благоев А.Б., Каган Ю.М., Колоколов Н.Б., Лягущегко Р.И. Исследование функции распределения электронов по энергиям. II. //ЖТФ, 1974, Т.44, №2. С.339-347.
55. Арсланбеков P.P., Кудрявцев A.A., Мовчан И.А. О пространственном и энергетическом распределении быстрых электронов в разряде с цилиндрическим полым катодом. //ЖТФ, 1992, Т.62, №4. С.63-69.
56. Арсланбеков P.P., Кудрявцев A.A., Мовчан И.А. Функция распределения медленных электронов в разряде с цилиндрическим полым катодом. //ЖТФ, 1992, Т.62, №6. С.116-125.
57. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. - 184 с.
58. Мойжес Б.Я., Немчинский В.А. Влияние поперечнего магнитного поля на катодный слой тлеющего разряда. // ЖТФ. 1990. Т.60, № 4. -С.84-87.
59. Бархударов Э.М., Кервалишвилли H.A., Кортхонджия В.П. Неустойчивость анодного слоя и электроны аномально большой энергии в разряде низкого давления в поперечном магнитном поле. // ЖТФ. 1972. Т.42, № 9. -С.1904-1908.
60. Омаров O.A., Кишов М-Р .Г., Эфендиев А.З. Исследование ступенчатого спада напряжения пробоя гелия в сильных магнитных полях.//ЖТФ. 1975. Т.45. -С.1816-1820.
61. Кишов М-Р.Г., Эфендиев А.З. Об экстремальном характере зависимости времени формирования пробоя от напряженностимагнитного поля. //Изв.Вузов. Радиофизика. 1982. Т.25, № 11. С.1266-1268.
62. Sadhya S.K., Sen S.N. Electron temperature dependence on the transverse magnenic field in a glow discharge as obtained from. // Phys. Letts. 1980. У.19, № 2-3. -P.162-164.
63. Ашурбеков H.A., Эфенди ев К. А. Влияние магнитного поля на населенности возбужденных состояний атомов в разряде наносекундной длительности в гелии и аргоне. // Мат. IV Всес. конф. по ФГР. Махачкала. Часть II. -С.73-74.
64. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Механизм убегания электронов в плотных газах и формирование мощных субнаносекундных электронных пучков// УФН. 2004. Т. 174. №9. С.953-971.
65. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Об убегании электронов и генерации мощных субнаносекундных пучков в плотных газах// УФН. 2006. Т. 176. №7. С.793-796.
66. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Убегание электронов и генерация мощных субнаносекундных пучков в плотных газах// Электронный научный журнал «Исследовано в России». 2006. 1357. http://zhurnal.ape.relarn.rn./articles/2006/l 46.pdf
67. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов. // УФН. 1990. Т. 160. №.7. С.49-82.
68. Бабич Л.П. Анализ нового механизма убегания электронов и рекордных токов убегающих электронов, достигнутых в разрядах в плотных газах. // УФН. 2005. Т.175. №10. С.1069-1091.
69. Ульянов К.Н. Убегание электронов и формирование пучков в тлеющих разрядах. //ТВТ. 2005. Т.43. №5. С.645-656.
70. Бохан П.А., Сорокин А.Р. Открытый разряд генерирующий электронный пучок: механизм, свойства и использование для накачки лазеров среднего давления. //ЖТФ. 1985.Т.55. №1. С.88-95.
71. Колбычев Г.В., Колбычева П.Д., Пташник И.В. // ЖТФ. 1996. Т.66. №2. С.59-67.
72. Бохан А.П., Бохан П.А. // Письма в ЖТФ. 2001. Т.27. В.6. С.7-12.
73. Бохан П. А., Закревский Дм.Э. Механизм аномально высокой эффективности генерации электронного пучка в открытом разряде.
74. Сорокин А.Р. // Письма в ЖТФ. 1995. Т.21. №.20. С.37-40.
75. Сорокин А.Р. Открытый разряд: структура, развитие, роль фотоэмиссии. //ЖТФ. 1998. Т.68. №3. С.33-38.
76. Сорокин А.Р. Является ли открытый разряд фотоэлектронным? 2. // Письма в ЖТФ. 2002. Т.28. Вып.9. С. 14-21.
77. Крейндель Ю.Е., Никулин С.П. Тлеющий разряд с полым катодом в режиме частичного заполнения полости плазмой .//ЖТФ. 1992. Т.62. Вып.4. С.89-94.
78. G. Stockhausen and M. Kock Proof and analysis of the pendulum motion of beam electrons in a hollow cathode discharge. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. C. 1683-1689.
79. Автореферат диссертации Иминов K.O.
80. Автореферат диссертации Ашурбеков Н.А.
81. Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. // Plasma devices and operation. 2005. V. 13(4). P.231-279.
82. Тарасеико В.Ф., Яковлеико С.И. Механизм убегания электронов в плотных газах и формирование мощных субнаносекундных электронных пучков. // УФН. 2004. Т. 174. №9. С.953-971.
83. Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. //Physica scripta. 2005. V. 72(1). P.41.
84. Tkachev A.N., Yakovlenko S.I. // Central European Journal of Physics (CEJP). 2004. V. 2(4). P.579-635. (ww.cesj.com/physycs.html).
85. Газовые и плазменные лазеры. / Под ред. С.И. Яковленко. М.:Наука. 2005. 820 с. (Сер. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В.Е. Фортова).
86. Neuman М. //Phys. Rev. 1937. V. 52. Р.652.
87. FletcherR.C. //Ibidem. 1949. V.76. P. 1501.
88. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: Наука. 1982. 255 с.
89. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Сов. Радио, 1974. 256 с.
90. Месяц Г.А., Бычков Ю.И., Кремнев В.В. Импульсный наносекундный электрический разряд в газе // УФН. 1972. Т. 107. Вып. 2. С. 201 228.
91. Frankel S., Highland V., Sloan Т., van Dyck О., Wales W. Observation of X-Rays from Spark Discharges in a Spark Chamber.//Nucl. Instr. Meth. 1966. Vol.44. N.2. P.345-348.
92. Станкевич Ю.Л., Калинин В.Г. Быстрые электроны и рентгеновское излучение в начальной стадии развития импульсного разряда в воздухе.//ДАН СССР. 1967. Т.117. №1. С.72-73.
93. Noggle R.C., Krider Е.Р., Wayland J.R. A Search for X Rays from Helium and Air Discharges at Atmospheric Pressure.//J. Appl. Phys. 1968. Vol.39. N.10. P.4746-4748.
94. Wilson C.T.R. //Proc. Cambridge Phylos. Soc. 1924. V.22. P.534.
95. Babich L.P. High-Energy Phenomena in Electric Discharges in Dense Gases: Theory, Experiment, and Natural Phenomena // ISTC Science and Technology Series. Arlington, VA: Futurepast. 2003. V. 2.
96. Бабич Л.П., Куцык И.М. Численное моделирование наносекундного разряда в гелии при атмосферном давлении, развивающегося в режиме убегания электронов.// ТВТ. 1995. Т. 33. № 2. С. 191 199.
97. Алексеев С.Б., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф. Пучок электронов, сформированный в газонаполненном диоде при атмосферном давлении воздуха и азота. // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 10. С.29-35.
98. Алексеев С.Б., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф., Ткачев А.Н., Яковленко С.И. О формировании пучка электронов в гелии при повышенном давлении. // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 16. С.45-53.
99. Тарасенко В.Ф., Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Яландин М.И., Орловский
100. B.М., Алексеев С.Б. Субнаносекундные пучки электронов, сформированные в газовом диоде. // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 21.1. C.1-6
101. Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И., Орловский В.М., Ткачев А.Н. О влиянии напряжения на формирование субнаносекундного электронного пучка в газовом диоде. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. Вып. 8. С.68-74.
102. Алексеев С.Б., Губанов В.П., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф. Субнаносекундный электронный пучок, сформированный в газовом диоде при высоком давлении. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. Вып. 20. С.35-41.
103. Алексеев С.Б., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф., Ткачев А.Н., Яковленко С.И. О режиме формирования электронного пучка в газовом диоде при высоком давлении. // ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 12. С.89-93.
104. Тарасенко В.Ф., Любутин С.К., Рукин С.Н., Словиковский Б.Г., Костыря И.Д. Источник рентгеновского излучения из открытого газового диода при формировании сверхкороткого лавинного электронного пучка. //Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 14. С.88-94.
105. Ткачев А.Н., Яковленко С.И. Прохождение газоразрядного промежутка инжектированными быстрыми электронами под воздействием высоковольтного импульса. // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32. Вып. 13. С.37-42.
106. Тарасенко В.Ф., Костыря И.Д., Петин В.К., Шляхтун C.B. О распределении по энергиям электронов пучка при объемном наносекундном разряде в воздухе атмосферного давления. // ЖТФ. 2006. Т. 76. Вып. 12. С.37-46.
107. Бакшт Е.Х., Костыря И.Д., Липатов Е.И., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Электроны с повышенной энергией в наносекундном электронном пучке вакуумного диода. // ЖТФ. 2007. Т. 77. Вып. 4. С.98-103.
108. Тарасенко В.Ф. О влиянии амплитуды и фронта импульса напряжения на формирование сверхкороткого лавинного электронного пучка в газовом диоде. // ЖТФ. 2007. Т. 77. Вып. 4. С. 141-143.
109. Ткачев А.Н., Яковленко С.И. // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т.77. В.5. С.264-269.
110. Ткачев А.Н., Яковленко С.И. Механизм убегания электронов в газе и критерий зажигания самостоятельного разряда. // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 16. С.54-62.
111. Ткачев А.Н., Феденев A.A., Яковленко С.И. Коэффициент Таунсенда, кривая ухода и эффективность формирования пучка убегающих электронов в аргоне. // ЖТФ. 2007. Т. 77. Вып. 6. С.22-27.
112. Ткачев А.Н., Яковленко С.И. Моделирование электронной лавины в гелии. //ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып. 3. С.91-97.
113. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.:Наука. 1992. 536 с.
114. Тарасенко В.Ф., Костыря И.Д. О формировании объемных наносекундных разрядов, субнаносекундных пучков убегающих электронов и рентгеновского излучения в газах повышенного давления. // Изв. вузов. Физ. 2005. Т.48. №12. С.40-51.
115. Держиев В.И. и др. в сб. Плазменные лазеры видимого и ближнего УФ диапазонов (Труды ИОФАН. Т.21. Под ред. С.И. Яковленко)(М.:Наука.1989.) С.5.
116. Бохан П.А., Закревский Дм.Э. Высокоэффективная генерация электронных пучков в открытом разряде без анодной сетки // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. Вып. 2. С. 74 80.
117. Бохан П.А., Колбычев Г.В.// ЖТФ. 1981. Т. 51. Вып. 9. С. 1823- 1831.
118. Колбычев Г.В., Самышкин Б.А. // ЖТФ. 1981. Т. 51. Вып. 10. С. 2031 -2037.
119. Колбычев Г.В., Пташкин Н.В. // ЖТФ. 1989. Т. 59. Вып. 9. С. 104 110.
120. Бохан П.А.//ЖТФ. 1991. Т. 61. Вып. 6. С. 61 68.
121. Arlantsev S.V., Borovich B.L., Buchanov V.V. et al. // Journal of Russian Laser Research. 1995. V. 16. № 2. P. 99 119.
122. Сорокин A.P. // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21. Вып. 17. С. 33-37.
123. Сорокин А.Р. //Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21. Вып. 20. С. 37-40.
124. Сорокин А.Р. //Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. Вып. 13. С. 17-21.
125. Клименко К.А., Королев Ю.Д. Импульсный объемный разряд в коротких межэлектродных промежутках как источник ускоренных электронов //ЖТФ. 1990. Т. 60. Вып. 9. С.138 142.
126. Сорокин А.Р. Открытый разряд: структура, развитие, роль фотоэмиссии // ЖТФ. 1998. Т. 68. № з. с. 33 38.
127. Сорокин А.Р. Формирование электронных пучков в открытом разряде // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. Вып. 24. С. 89 94.
128. Сорокин А.Р. Является ли открытый разряд фотоэлектронным? — 2 II Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. Вып. 9. С. 14-21.
129. Сорокин А.Р. Влияние компенсационных токов на открытый разряд // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 10. С. 15 22.
130. Бохан А.П., Бохан П.А. Механизм эмиссии электронов в открытом разряде // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 6. С. 7 12.
131. Бохан П.А., Закревский Дм.Э. Механизм аномально высокой эффективности генерации электронного пучка в открытом разряде // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. Вып. 11. С. 21 -27.
132. Бохан А.П., Бохан П.А., Закревский Дм.Э. Эффективная генерация электронных пучков в аномальном разряде с повышенной фотоэмиссией катода // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 20. С. 81 87.
133. Бохан П.А., Закревский Дм.Э. Состояние поверхности и эмиссия электронов с холодных катодов в вакууме и в тлеющем разряде в благородных газах // ЖТФ. 2007. Т. 77. Вып. 1. С. 109 116.
134. Колбычев Г.В. // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. № 6. С. 635 -649.
135. Сорокин А.Р. Комментарий к измерениям КПД формирования электронных пучков в открытом разряде // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 4. С. 86-94.
136. Бохан А.П., Бохан П.А., Закревский Дм.Э. Эмиссия электронов в условиях легирования поверхности катода быстрыми частицами рабочего газа // ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 9. С. 126 128.
137. Bokhan А.Р., Bokhan P.A., Zakrevsky D.E. // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. № 15. P. 151503 151505.
138. Арланцев C.B., Борович Б.JI., Голубев Л.Е. и др. Генерация пучка «убегающих» электронов в открытом разряде для накачки газовых сред // Квантовая электроника. 1994. Т. 21. № 9. С. 824 826.
139. Сорокин А.Р. Барьерный открытый разряд атмосферного давления // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 9. С. 42 50.
140. Азаров A.B., Митько C.B., Очкин В.Н. // Квантовая электроника. 2002. Т. 32. №8. С. 675-679.
141. Ищенко В.Н., Лисицин В.Н., Сорокин А.Р. // Квантовая электроника. 1976. Т. 5. №4. С. 788-794.
142. Василяк Л.М., Костюченко C.B., Кудрявцев H.H., Филюгин И.В. Высокоскоростные волны ионизации при электрическом пробое. // УФН. 1994. Т. 164. №3. С. 263.
143. Балабанов В.В., Василяк Л.М., Костюченко C.B., Красночуб A.B. Излучение и энерговклад импульсно-периодического разряда в гелии // ТВТ. 1998. Т. 36. № 6. С. 853 857.
144. Василяк Л.М., Ветчинин С.П., Поляков Д.Н. Влияние крутизны фронта высоковольтных импульсов напряжения на пробой воздушных промежутков. // ЖТФ. 1999. Т. 25. № 13. С. 74 80.
145. Арефьев A.C., Юдаев Ю.А. Влияние типа катода на динамические характеристики волн ионизации. // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. № 13. С. 39-42.
146. Василяк Л.М., Костюченко C.B., Кудрявцев H.H., Родионов A.C. Накачка коаксиального азотного лазера высокоскоростной волной ионизации. //Квантовая электроника. 1995. Т. 22. № 12. С. 1207 1209.
147. Юдаев А.Ю. Экспериментальное наблюдение волн ионизации в газоразрядных приборах. // Изв. РАН. Сер. физическая. 2000. Т. 64. № 7. С. 1266- 1273.
148. Паншечный C.B., Стариковская С.М., Стариковский А.Ю. Динамика возбуждения электронных состояний в ВВИ. // Физика плазмы. 1999. Т. 25. С. 435-440.
149. Лахина М.А. Динамика излучательных процессов в плазменных волноводах с участием высокоскоростных волн ионизации. Автореферат. 2006.
150. Славин Б.Б., Сопин П.И. Волновой пробой в длинных трубках с предварительной ионизацией. // ТВТ. 1990. Т.28. № 2. С. 243 250.
151. Омаров O.A., Ашурбеков H.A., Иминов К.О., Курбанисмаилов B.C., Муртазаев А.К. Компьютерное моделирование в лазерной физике. Махачкала: ИПЦ ДГУ. 1997. 79 с.
152. Никулин С.П. Влияние размеров анода на характеристики тлеющего разряда с полым катодом.//ЖТФ. 1997. Т.67. №5. С.43-47.
153. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М.: Атом издат. 1977. 144 с.
154. Никулин С.П. Тлеющий разряд с полым катодом в длинных трубках.//ЖТФ. 1999. Т.69. Вып.6. С.36-39.
155. Гаврилов Н.В., Емлин Д.Р., Никулин С.П. Генерация однородной плазмы в тлеющем разряде с полым анодом и широкоаппертурным полым катодом.//Письма в ЖТФ. 1999. Т.25. Вып. 12. С.83-88.
156. Гаврилов Н.В., Романов С.Е. Влияние состояния поверхности катода на характеристики импульсного тлеющего разряда с полым катодом.//ЖТФ. 1999. Т.69. Вып.5. С.20-24.
157. Жаринов A.B., Коваленко Ю.А. Роль быстрых электронов в разряде с полым катодом. // Изв. вузов. Физ. 2001. Т.44. №9. С.44-47.
158. Yu Jian-Hua, Lai Jian-Jun, Huang Jian-Jun, Wang XinBing, Qiu Jun-Lin. //Wulixuebao = Acta phys. sin. 2002. V. 51. №9. P.2080-2085. Кит.
159. Lai Jian-Jun, Chen Qing-Ming, Qiu Jun-Lin. The effect of various magnetic field configurations on a hollow-cathode discharge. // J. Phys. D. 2000. V.33. №15. P. 1785-1793.
160. Кудрявцев A.A., Цендин JI.Д. Механизмы формирования функции распределения электронов в положительном столбе разряда в условиях существования «парадокса Ленгмюра» // ЖТФ. 1999. Т. 69. Вып. 11. С. 34 -41.
161. Лягущенко Р.И. О распределении электронов по энергии в низкотемпературной плазме // ЖТФ. 1972. Т. XLII. Вып. 6. С. 1130- 1142.
162. Белевцев A.A. К теории релаксации распределения электронов по энергиям II ТВТ. 1979. Т 17 № 6. С. 1138- 1146.
163. Цендин Л.Д., Голубовский Ю.Б. Теория положительного столба разряда при малых электронных концентрациях и низких давлениях. 1. Функция распределения электронов по энергии // ЖТФ. 1977. Т. 47. Вып. 9. С. 1839- 1851.
164. Колоколов Н.Б., Кудрявцев A.A., Романенко В.А. Управление энергетическим распределением электронов и параметрами бестоковой плазмы//ЖТФ. 1988. Т. 58. С. 2098-2105.
165. Горбунов H.A., Колоколов Н.Б., Кудрявцев A.A. Формирование энергетического распределения электронов в плазме послесвечения азота в локальном режиме//ЖТФ. 1991. Т. 61. Вып. 6. С. 52-60.
166. Кучинский В.В., Сухомлинов B.C., Шейкин Е.Г. Расчет энергетического спектра потока ионов в темном катодном пространстве тлеющего разряда // ЖТФ. 1985. Т. 55. Вып. 1. С. 67 72.
167. Иванов М.Ф., Кейджан М.Г. Моделирование кинетических процессов в лазерной плазме с учетом кулоновских столкновений методом стохастической динамики // Физика плазмы. 1999. Т. 25. № 5. С. 480 -487.
168. Грицын М.Н. Точное решение кинетического уравнения Больцмана для газа Лоренца // Физика плазмы. 2001. Т. 27. № 3. С. 276 -281.
169. Солдатов A.B. Релятивистская функция распределения электронов при туннельной ионизации газа интенсивной электромагнитной волной // Физика плазмы. 2001. Т. 27. № 2. С. 165 169.
170. Кожевников В.Ю., Козырев A.B., Королев Ю.Д. Теория нормального тлеющего разряда повышенного давления // Известия ВУЗов. Физика. 2006. №2. С.71 -77.
171. Калюжная А.Г., Рябцев A.B., Щедрин А.И. Особенности функции распределения электронов в тлеющем разряде с полым катодом в смесях азота с электроотрицательными газами. // ЖТФ. 2003. Т.73. Вып. 1. С.42-45.
172. Баженов В.Ю., Калюжная А.Г., Солошенко И.А. и др. Инверсная функция распределения электронов в тлеющем разряде с полым катодомв смеси азота и гексафторида серы. // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. Вып. 21. С.43-48.
173. Баженов В.Ю., Рябцев A.B., Солошенко И.А. и др. // Физика плазы. 2001. Т.27. №9. С.859-864.
174. Арсланбеков P.P., Кудрявцев A.A., Мовчан И.А. О пространственном и энергетическом распределении быстрых электронов в разряде с цилиндрическим полым катодом. // ЖТФ. Т. 62. Вып. 4. С. 63 68.
175. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хворостовский С.И. // ЖТФ. 1972. Т.42. Вып.8. С.1686-1692.
176. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Троян A.C. и др. // ЖТФ. 1973. Т.43. Вып.7. С.1488-1495.
177. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хворостовский С.И. и др. // ЖТФ. 1975. Т.45. Вып.9. С.1834-1838.
178. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хворостовский С.И. и др. // ЖТФ. 1975. Т.45. Вып.9. С.1839-1846.
179. Газовые лазеры / Под ред. Солоухина Р.И., Чеботаева В.О. Новосибирск: Наука, 1977. 360 с.
180. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. - 591 с.
181. Физические величины: Справочник / Под ред. Григорьева И.С. и Мейлихова Е.З. Справочник М.: Энергоатомиздат, 1991. Справочник — 1231 с.
182. Фриш С.Э. Определение концентраций нормальных и возбужденных атомов и сил осцилляторов методом испускания и поглощения света // В сб.: Спектроскопия газоразрядной плазмы. М.: Наука, 1970. С. 7 - 62.
183. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Искровой разряд: Учеб. пособие для втузов. М.: Изд-во МФТИ, 1997. 320 с.
184. Сесслер Г. Электроды. М.: Мир, 1983. 486 с.
185. Ашурбеков H.A., Иминов К.О., Омаров О. А. и др. // Известия РАН. Серия Физическая. 2000. Т. 56. № 7. С. 1353-1360.
186. Лившиц И.М. // УФН. 1964. Т. 83. № 4. С. 617-663.
187. Клименко К.А., Козырев A.B., Королев Ю.Д. и др. // Физика плазмы. Т. 10. Вып. 1. 1984. С. 109-114.
188. Осипов В.В., Лисенков В.В. // ЖТФ. 2000. Т. 70. Вып. 10. С. 27-33.
189. Бохан А.П., Бохан П.А. Физические процессы в открытом разряде. // Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15. № 3. С. 216 227.
190. Peterson L.R., Green A.E.S. /Я. Phys. В: At. Mol. Phys. 1968. V. 1. P. 1131.
191. Иванов C.A., Быстров Ю.А. Ускорители и рентгеновские приборы. М.: Высшая школа, 1976. 208 с.
192. Hayden H.C., Utterback N.G. // Phys. Rev. 1964. V. 135. № 6A. P. 1575 -1579.
193. Каминский M. Атомные и ионные стокновения на поверхности металла: Пер. с англ. М.: Мир. 1967.
194. Физические величины. Под ред. Н.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.
195. Лозанский Э.Д., Фирсов О.Б. Теория искры. М.: Атомиздат, 1975. 272 с.
196. Хастед Дж. Физика атомных стокновений. Пер. с англ. Под ред. Н.В. Федоренко. М.: Мир, 1965. 710 с.
197. Колбычев Г.В. // Оптика атмосферы и океана. 2001. Т.14. № 11. С. 1056-1061.
198. Голубовский Ю. Б., Кудрявцев A.A., Некучаев В.О. и др. Кинетика электронов в неравновесной газоразрядной плазме. Изд. СПбУ, 2004. 248 с.
199. Метель A.C. О роли ионизации в катодном слое тлеющего разряда в полом катоде. // В сб.: Материалы VI Всесоюзной конференции по ФГР / Л. 1983. Т. 2. С. 69-71.
200. Смирнов Б.М. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. М.: Атомиздат, 1968. 307 с.
201. Франсис Г. Ионизационные явления в газах. М.: Атомиздат, 1964. 303 с.
202. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Сечения возбуждения атомов и ионов электронами. М.: Наука, 1973. 142 с.
203. Королев Ю.Д., Месяц А.Г. Инжекционная газовая электроника. Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.
204. Абрамович Л.Ю., Клярфельд Б.Н., Настич Ю.Н. // ЖТФ. 1966. Т. 36. Вып. 4. С. 714-719.
205. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Инжекционная газовая электроника. Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.
206. Друкарев Г.Ф. Столкновения электронов с атомами и молекулами. М.: Наука, 1978.255 с.
207. Ашурбеков H.A., Иминов К.О. // Физика газового разряда. Махачкала. 1990. С. 26-30.
208. Ткачев А.Н., Яковленко С.И. // ЖТФ. 2003. Т. 73. Вып. 3. С. 56 64.
209. Ульянов К.Н. // ТВТ. 1999. Т. 37. № 3. С. 363 373.
210. Биберман Л.М. и др. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука. 1982. 376 с.
211. Голанд В.Е., Жилинский А.П., Сахаров С.А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1974, 384 с.
212. Высикайло Ф.И. Процессы амбиполярного переноса в формировании неоднородных профилей в структурах в газоразрядной плазме. Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н. Троицк М.О.: ТРИНИТИ, 2003, 268 с.
213. Колоколов Н.Б., Кудрявцев A.A. Процессы хемоионизации в низкотемпературной плазме. // В сб.: Химия плазмы. Вып. 15. М.: Атомиздат, 1989. 127 с.
214. Демидов В.И., Колоколов Н.Б., Горохов О.Г. // Физика плазмы. 1986. Т. 12. Вып. 6. С. 702.
215. Казанцев С.А. и др. //УФН. 1988. Т. 156. Вып. 1. С. 3 -46.
216. Казанцев С.А., Субботенко A.B. // Физика плазмы. 1984. Т. 10. С. 135.
217. Петрушень А.Г., Ребане В.Н., Ребане Т.К. // ЖЭТФ. 1984. Т. 87. С. 147.
218. Fano V. // Phys. Rev. Ser. В. 1964. V. 133. P. 828.
219. Демкин В.П., Казанцев С.А. // Оптика и спектроскопия. 1995. Т. 78. № 3. С. 377-393.
220. Мотт М., Месси Г. Теория атомных столкновений. М.: Мир. 1969. С.756.
221. S levin J. // Rep. Progr. Phys. 1984. V. 47. P.461.
222. Блум К. Теория матрицы плотности и ее приложения. М.: Мир. 1983. ■ 248 с.
223. Blyum К., Kleinpoppen H. // Phys. Rev. 1979. V. 52. № 1. P. 23.
224. Чен Ф. Введение в физику плазмы М.: Мир. 1987. - 398 с.
225. Волков Е.А. Численные методы М.: Наука. 1987. - 248 с.
