Кинетические процессы и оптическое излучение различных стадий импульсного пробоя в коротких перенапряженных промежутках в инертных газах высокого давления тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

На правах рукописи

АЛЬ-ШАТРАВИ АЛИ ДЖИХАД ГАТЕ А (КАТАА АЛИ ДЖ.)

КИНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СТАДИЙ ИМПУЛЬСНОГО ПРОБОЯ В КОРОТКИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕННЫХ ПРОМЕЖУТКАХ В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 01.04.04. - физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 4 ИЮ/1 2011

МАХАЧКАЛА 2011

4851557

Работа выполнена на кафедре физической электроники Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Курбанисмаилов Вали Сулейманович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Решетняк Сергей Александрович

доктор физико-математических наук, профессор Садыков Садык Абдулмуталибович

Ведущая организация:

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

Защита диссертации состоится «20» июля 2011 г. в 14"°° час на заседании диссертационного совета Д 212.053.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук при Дагестанском государственном университете по адресу: 367000, г. Махачкала, ул. Дзержинского, 12, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дагестанского государственного университета.

Автореферат разослан «19 » июня 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. ф.- м. н.

Курбанисмаилов В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Импульсные разряды, развивающиеся в плотных газах, находят широкое применение в новейших областях науки и техники. Именно такие разряды используют в качестве активных сред газовых технологических лазеров, лазерах для применения в медицине и научных исследованиях. Кроме того, такие разряды применяются в импульсных источниках света при разработке быстродействующих коммутаторов тока, в устройствах квантовой электроники, фотохимии и т.д.

В ранее выполненных исследованиях были установлены классические (таунсендовский и стримерный) механизмы роста проводимости разрядных промежутков, применяемых как для объяснения зажигания тлеющего разряда при малых электрических полях, так и искрового пробоя газа при высоких перенапряжениях.

В связи с усовершенствованием современной техники эксперимента существенно расширился диапазон представлений об импульсных разрядах, развивающихся в плотных газах. В частности, для искровых разрядов в длинных промежутках обнаружено развитие неизвестной ранее неустойчивости плоского фронта ионизации участка стримера (ветвление стримера), при достижении им некоторого критического размера. В научной литературе отсутствуют надежные экспериментальные данные и единое мнение о механизме ветвления стримера и количественного и качественного его обоснования.

Поскольку инертные газы (Не, Аг) широко используются в качестве буферного газа в активных средах газовых лазеров, то помимо исследований характера формирования и контракции объемного разряда (ОР) в искровой канал, наблюдений разнообразных картин развития неустойчивостей объемных и стримерных разрядов, значительный интерес представляют также экспериментальные и теоретические результаты изучения механизмов возбуждения и девозбуждения энергетических уровней атомов, концентрации различных молекулярных комплексов и степень их влияния на процессы, протекающие в плазме газового разряда.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование динамики пространственной структуры и кинетические процессы импульсного разряда в инертных газах в коротких перенапряженных промежутках.

В задачи диссертационной работы входило: 1. На основе использования теоретических моделей и получения необходимого объема экспериментальных результатов дать целостное, физически непротиворечивое описание начальных стадий импульсного пробоя в инертных газах высокого давления, позволяющее объяснить как различие в скоростях распространения ионизационных фронтов в Не и Аг, так и расслоение столба разряда в Не при высоких перенапряжениях на отдельные каналы.

2. Исследования динамики формирования ионизационных фронтов и развития искрового канала для таунсендовского, стримерного и объемного механизмов пробоя в инертных газах (Не, Аг) в широком диапазоне изменения начальных условий (величины поля, концентрации первичных электронов, давления газа, формы и материала электродов и т.д.)

3. Исследование спектрального состава излучения катодной плазмы и формирования ударных волн, обеспечивающих возникновение диффузных каналов, привязанных к катодным пятнам. Изучение процесса перехода объемного разряда в сильноточный диффузный режим.

4. Выявление роли различных элементарных процессов в общей кинетике образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в аргоне атмосферного давления, а также разработка комплекса методик диагностики, позволяющих решить поставленные исследовательские задачи.

Объектами исследования явились свободно расширяющиеся самостоятельные импульсные разряды в межэлектродных промежутках (1-3 см) в инертных газах (Не, Аг) в диапазоне давлений 1-5 атм и прикладываемых электрических полей 3-25 кВ/см.

Методы исследования. Для решения поставленной задачи был использован комплексный подход, включающий в себя электрические, оптические и спектральные методики с временным разрешением ~10 не. Концентрация электронов на стримерной стадии и на стадиях формирования и горения объемного разряда определялась по плотности тока, а на более поздних стадиях коммутации измерялась по штарковским контурам спектральных линий водорода (Нр), гелия (Не II 468,6 нм) и аргона (Аг1 427,2 нм и 425,9 нм); температура электронов в искровом канале определялась методом относительных интенсивностей; характеристики оптического излучения плазмы исследовались методом лучеиспускания; концентрации возбужденных молекул аргона на стадиях формирования и горения объемного разряда (гр'Бо, 4з[3/2]2, 45'[1/2]0, 45[3/2]ь 4б[1/2]ь 4р[1/2]ь 4р[5/2]3, 4р[3/2]ь 4р[3/2]2, 4р[1/2]0, 4р [1/2]0), ионов Аг+ (основное состояние), эксимерных молекул Аг2 (32и)> Аг, ('2и)> объединение многих разлетных и слабосвязанных состояний, молекулярных ионов Лг^ (основное состояние) и /4г3+ (основное состояние) рассчитывались теоретически на основе разработанных моделей и алгоритмов их реализации.

Достоверность научных результатов и обоснованность научных положений базируются на использовании современных средств диагностики с высоким временным и пространственным разрешением, систематичности экспериментальных исследований в широком диапазоне начальных условий. Непротиворечивость численных и экспериментальных методов исследования и их соответствие с имеющимися данными других авторов, подтверждают достоверность полученных результатов.

Научная новизна исследования. Большинство полученных в работе результатов исследований являются оригинальными и получены впервые. Основные новые научные результаты работы состоят в следующем:

1. Проведено систематическое исследование оптических, спектральных и электрических характеристик импульсных разрядов в инертных газах (Не, Аг) высокого давления и выявлены основные закономерности формирования ионизационных фронтов и искрового канала в различных видах разрядов: таунсендовском, стримерном и объемном в диапазоне напряжений от статического пробойного до перенапряжений в сотни процентов.

2. На основе экспериментальных данных и теоретических расчетов при значительных перенапряжениях ^>300%) в Не предложен механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда - сильноточный диффузный режим, в котором практически отсутствует контракция и формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов, привязанных к катодным пятнам. Диффузные каналы образуются за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме при взрывных процессов в сильном электрическом поле с напряженностью Е= 10б В/см.

3. Разработаны и обоснованы вычислительные алгоритмы для моделирования импульсного разряда в Аг атмосферного давления и изучена кинетика образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в Аг.

4. Получены экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления. Впервые в Не экспериментально обнаружено явление ветвления катодонаправленного стримера в коротких перенапряженных промежутках, а также дано качественное обоснование физического механизма этого процесса.

5. Для импульсного разряда в Аг экспериментально показано, что стримерный канал инициируется ярким свечением, появляющимся в точке критического усиления лавины на различных расстояниях от катода в зависимости от перенапряжения. Экспериментально измерены предпробойные токи для таунсендовского и стримерного механизмов пробоя в Не, Аг и изучены особенности формирования искрового канала для этих механизмов.

Научная и практическая ценность работы определяется актуальностью темы и научной новизной полученных в диссертации результатов. Результаты выполненных комплексных экспериментальных и теоретических исследований будут способствовать дальнейшему развитию физических представлений об импульсных разрядах, развивающихся в газах высокого давления (порядка атмосферного), в частности, объяснению наблюдаемых больших скоростей распространения фронтов свечения в плотных газах, распространения ионизации в сторону катода и получения объемных форм разрядов при атмосферных давлениях, используемых для инициирования газовых лазеров.

Полученные в работе новые результаты о характере контракции объемного разряда в искровой канал и режимах горения сильноточного диффузного разряда в инертных газах (Не, Аг) могут быть использованы для устранения неоднородности плазмы, повышения устойчивости и улучшения характеристик газовых лазеров и систем их инициирования, а также позволят изучить кинетику развития разряда, моделировать развитие различных стадий пробоя в широком диапазоне изменения начальных условий инициирования разряда.

На защиту выносятся:

1. Экспериментальные результаты, позволяющие обобщить качественные представления о развитии начальных стадий искровых разрядов в инертных газах (Не,Аг), механизмы и скорости их распространения при различных давлениях и энерговкладах, а также граница по напряжению, выше которой происходит смена механизма пробоя от таунсендовского к стримерному.

2. Экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления, а также качественное обоснование физического механизма, обнаруженного впервые в Не экспериментально, явления ветвления катодонаправленного стримера в коротких перенапряженных промежутках, экспериментальное определение критических размеров стримера 1кр и время его ветвления для различных значений энерговклада в разряд.

3. Результаты детального изучения кинетики образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда высокого давления в аргоне и выяснения роли процессов диссоциативной рекомбинации с участием молекулярных комплексов Аг+2 и Аг+3 в общей кинетике развития разряда, которые являются преобладающими рекомбинационными процессами, обеспечивающие однородность и устойчивость объемного горения импульсного разряда.

4. Механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда -сильноточный диффузный режим в Не, формирующий в промежутке при значительных перенапряжениях (\¥>300%), в котором практически отсутствует контракция и формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов привязанных к катодным пятнам. Диффузные каналы образуются за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме за счет взрывных процессов в сильном электрическом поле Е= 10б В/см.

Вклад автора. Личный вклад автора в работы, на основе которых написана диссертация, является определяющим. Постановка задачи, результаты экспериментов и расчетов, представленные в диссертации, анализ всего цикла работ, выводы диссертации и основные положения, выносимые на защиту, выполнены совместно с научным руководителем.

Апробация результатов исследования и публикации.

Результаты, содержащие в настоящей диссертационной работе, докладывались на V Всероссийской конференции по физической электронике (Махачкала, ДГУ 2008); на Международной конференции по Волновой

электрогидродинамике проводящей жидкости (Ярославль, 2009); на II Всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов Российских вузов» (Томск, 2009) на XXXVII Международной (Звенигородская) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2010); а также на научных семинарах ДГУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 180 страниц, включая 40 рисунков и 10 таблиц. Список цитируемой литературы насчитывает 162 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы основные задачи и цели исследования, а также основные положения, выносимые на защиту, показана научная новизна полученных результатов. Приводится краткое содержание диссертации.

В первой главе, состоящей из 4 параграфов, приводится обзор работ, в которых получены экспериментальные и теоретические результаты, описывающие формирование таунсендовского, стримерного и объемного разрядов в газах высокого давления. Особое внимание уделяется как моделям, описывающим начальные стадии пробоя, так и формированию объемного разряда и его контракции в искровой канал.

Отмечается, что широко применяемые электрофизические, оптические методы диагностики (спектральные, ФЭР и СФР-граммы и т.д.) в целом позволяют извлечь информацию о пространственно-временной структуре разряда, проследить переход одной формы разряда к другой, оценить параметры плазмы разряда и описать эти явления на основе различных моделей.

Описаны условия, определяющие режим формирования и стационарного горения ОР. Показано, что наличие предыонизации газа является одним из необходимых условий зажигания объемного разряда, длительность и устойчивость которого ограничивается неустойчивостями, возникающими в приэлектродных областях.

Для создания и поддержания устойчивого объемного разряда необходимо обеспечить однородность электрического поля межэлектродного пространства, создать высокий уровень предыонизации, удовлетворяющий условию перекрытия электронных лавин, уменьшить длительность высоковольтных импульсов, прикладываемых к промежутку, подобрать материал электродов для обеспечения однородной воспроизводимости вторичных электронов с катода.

Во второй главе диссертации приводится описание экспериментальной установки и методов измерений (электрические, оптические и спектральные) параметров плазмы импульсного разряда в Не и в Ar атмосферного давления с высоким временным разрешением к 10 не. Диагностический стенд включает в себя вакуумную систему с остаточным давлением («10"3 Topp), спектрографы

(СТЭ-1, ДФС-458 С), монохроматоры (ДМР-4, МДПС-3), генератор импульсов напряжения (амплитудой до 30 кВ и фронтом нарастания ~10 не), фотоумножители (ФЭУ-29, ФЭУ-30, ФЭУ-77. ФЭУ-79. ФЭУ-87), разрядные камеры с кварцевыми окнами, скоростные, цифровые и высоковольтные осциллографы (С8-14. С1-75, Актаком-2150, ОК-21), систему синхронизации (ГИ-1) и предыонизации (создаваемое плотность электронов п0~ 107- 108 см"). Здесь же приводится описание фотоэлектрического метода записи спектра излучения разряда с временным разрешением »10 не. Обосновываются также основные методики измерений, и анализируются их погрешности.

В третьей главе диссертации рассматриваются современные представления о развитии начальных стадий электрического пробоя газов высокого давления. Представлены результаты исследования влияния таких начальных условий как прикладываемое поле, так и интенсивность инициирующих факторов на развитие разряда в инертных газах (Не, Аг) высокого давления Представлена общая картина динамики развития ионизационных процессов, определены параметры плазмы на начальных стадиях формирования разряда в различных газах. Рассмотрены волновые процессы на этих стадиях (§3.1).

Характерные осциллограммы пробойного импульса в согласованном режиме питания в Аг и характерные осциллограммы тока и напряжения на промежутке в Не при различных начальных условиях представлены соответственно на рис.1 и рис.2.

Ч Чь

ц

' б)

Рис.1. Осциллограмма импульса напряжения в Аг, К=2ро. Метка - 100 не,

Рнс.2. Характерные осциллограммы тока и напряжения на промежутке в Не, Но = 9 кВ, р = 3 атм, <1 = 1 см.

Из оптических картин (см. рис.3) формирования стримерного пробоя в гелии определены зависимости скорости распространения стримерного канала как от пробойного напряжения, так и от давления. Кроме того, динамические картины свечения промежутка позволили определить наличие двух ионизационных фронтов в гелии:

- первый фронт (начальная стадия), регистрируемый с началом резкого спада напряжения, распространяющийся со скоростью IО7-108 см/с в зависимости от пробойного напряжения;

- второй фронт - искровой канал, регистрируемый со вторым спадом напряжения и распространяющийся со скоростью 10ь см/с.

2(38 не)

а) —I Ш

Рис. 3. Последовательные стадии развитии плазменной области в гелии ири полях 10 кВ/см (а) и 14 кВ/см (б) (р=1атм, (1=1 см, Не).

Экспериментально измерены предпробойные токи для таунсендовского и стримерного механизмов пробоя в Не и Аг, изучены особенности формирования ионизационных фронтов и искрового канала для этих механизмов.

На основе решения системы уравнений, описывающих стационарную плоскую волну ионизации, получено аналитическое выражение для скорости распространения фронта волны ионизации в Аг, значение которой удовлетворительно согласуется со значением скорости, полученной экспериментально. Показано, что процесс ионизации в волне, имеющего конечные поперечные размеры, поддерживается поверхностной электромагнитной волной, распространяющейся вдоль канала. Рассчитаны значения концентрации электронов и напряженности поля на фронте ионизационной волны в аргоне. При этом концентрация электронов за фронтом волны совпадает со значением концентрации, полученной из экспериментальных данных

В §3.1 так же показано, что на начальных стадиях формирования стримерного пробоя, обусловленных распространением ионизационных фронтов, значение тока в Не на порядок превышает аналогичные значения тока в Аг. Этим и объясняется образование ступеньки на кривой импульса напряжения в Не. Кроме того в Не для создания концентрации электронов ~ 10ь см"3 требуется значительно больше энергия, чем в Аг. Распределенная в пространстве энергия поля не может обеспечить такую концентрацию и по этой причине с ростом тока происходит расслаивание разряда на узкие каналы, чего не наблюдается в Аг. Различие в скоростях распространения фронтов ионизации в Не и в Аг объясняется различием в геометрии фронтов и величиной потока энергии в зону ионизации.

Фронт волны ионизации, формирующий начальные стадии стримерного пробоя в Не оказывается неустойчивым при превышении определенного значения энергоеклада в разряд.

В §3.2 обсуждаются экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления. Здесь же показано, что отличительной особенностью стримера является его неустойчивость,

заключающая в способности по мере продвижения стримера к ветвлению. Экспериментально показано, что ветвление катодонаправленного стримера в Не происходит при достижении им некоторого критического размера и развивается быстрее, чем стример достигает противоположного электрода.

Экспериментально определены критические размеры стримера при которых происходит ветвление. В частности, при ио=10 кВ критическая длина составляет 1кр ~ 7 мм, а при 110 = 14 кВ - 1кр ~ 5 мм. С ростом величины прикладываемого поля уменьшается критическая длина стримера, при которой происходит ветвление, а также время ветвления, а также дано качественное обоснование физического механизма этого процесса.

Действительно, из пространственно-временных картин формирования стримерного пробоя (см. рис.3) видно, что распределение свечения по сечению стримерного канала неравномерное, обусловленное наличием градиента плотности зарядов в радиальном направлении. Наличие такого градиента, прежде всего, обусловлено неоднородностью распределения внешнего электрического поля по сечению промежутка (использовались алюминиевые электроды с радиусом кривизны «30 см). Поэтому, из условия непрерывности полного электрического тока, как на головке, так и на боковой поверхности следует, что амплитуда поля внутри стримерного канала с размытыми границами возрастает при переходе от центра к периферии, а концентрация электронов, наоборот спадает. Именно там создаются условия для зарождения очагов повышенной концентрации плазмы. В усиленном поле происходит интенсивная ионизация, приводящая к появлению возмущения плотности зарядов и соответственно к неустойчивости поверхности фронта ионизации котодонаправленного стримерного канала.

В §3.3 описаны особенности формирования и развития начальных стадий импульсного пробоя в Аг атмосферного давления. В частности, представлены экспериментальные результаты формирования и развития начальных стадий импульсного пробоя в Аг при таунсендовском и стримерном механизмах пробоя для различных начальных условий. Показано, что стримерный канал в аргоне инициируется ярким свечением (см. рис.4), появляющемся в точке критического усиления лавины на различных расстояниях от катода в зависимости от перенапряжения. Экспериментально измерены предпробойные токи для таунсендовского и стримерного механизмов пробоя и изучены особенности формирования искрового канала для этих механизмов.

Действительно с появлением яркого свечения в точке перехода лавины в стример резко возрастает энерговыделение в этой точке, вследствие чего происходит взрывообразное расширение этой области.

Чтобы обеспечить экспериментально наблюдаемую плотность тока это свечение должно замыкаться на электроды не менее десятками стримерных каналов (см. рис.5).

Наличием множества стримеров (последовательности стримеров) можно объяснить и слабую интенсивность свечения катодных пятен (см. рис.4а).

to+300 не

D

Рис.4. Фотографии свечении в промежутке (Е/р=14 В/см Topp): а) свечение в различные моменты времени; б) фотографии непрерывной щелевой развертки.

Значение плотности тока в

--области яркого свечения на порядок

превосходит значение плотности тока в стримерных каналах (~102А/см2). Отсюда так же следует, что яркое свечение замыкается на электроды десятками стримерными каналами.

Анализ экспериментальных результатов показывает, что в рамках модели, описывающей одиночный

--стример, не могут быть объяснены

следующие факты:

Рис.5. Схема стримеров в аргоне.

to+100 не

to+250 не

- появление яркого свечения, инициирующего искровой канал, на расстоянии, равном хкр от катода;

- слабая интенсивность свечения катодных пятен;

- несоответствие измеренного значения времени формирования, вычисленному, по формуле стримерного пробоя тф = ЫЫ 1аи_;

- высокая плотность тока в области свечения (10'А/см2). Действительно, модель трансформации одиночного стримера в искровой

канал предполагает нарастание проводимости плазмы по всей длине стримера, соответственно однородная по длине интенсивность свечения.

Анализируются так же результаты формирования разряда в аргоне в условиях интенсивной предыонизации (см. рис.6 а,б). Формирование ОР имеет две характерные стадии.

б)

Рис.6. Пространственно-временные картины формирования искрового канала в аргоне при наличии предыонизации газа в промежутке. Анод - сверху, катод - снизу (d = 1 см; р = 760 Topp: Ucn = 6,8 kB).

В первой стадии волна ионизации (фронт свечения) перемыкает промежуток со скоростями 107 - 108 см/с (10-100 не) в зависимости от начальных условий эксперимента. При этом ток разряда, протекающий в плотной плазме волны ионизации, замыкается током смещения в оставшейся части промежутка. Вторую стадию разряда (особенно в Не) можно отнести к аномальному тлеющему разряду с высокой удельной мощностью энерговвода.

Во время второй стадии напряжение на промежутке уменьшается, а в эмиссии электронов из катода могут участвовать катодные пятна, образовавшиеся в результате взрывной эмиссии электронов. При увеличении амплитуды напряжения и удельной мощности энерговвода ОР переходит в искровую форму разряда (см. рис.7).

1 2 3 4

Рис.7. Интегральные картины свечения промежутка: 1 - U<>=4 kB; 2-6 кВ,

3 -7 кВ; 4 -10 кВ (Не, (1 = 1см, р=1 атм).

Результаты выполненных исследований можно суммировать следующим образом:

1. Способ инициирования начальных электронов определяет пространственную структуру разряда на стадии формирования и структуру разряда на более поздней стадии коммутации. Равномерное распределение начальных электронов в промежутке обеспечивает объемное протекание тока.

2. Процесс протекания объемного разряда можно разделить на следующие этапы: формирование, режим стационарного горения, распад или

образование искрового канала. Все эти стадии импульсного пробоя взаимосвязаны и естественным образом переходят одна в другую.

В §3.4 анализируются результаты детального исследования кинетики образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в Аг высокого давления и выяснена роль процессов диссоциативной рекомбинации с участием молекулярных комплексов Аг+2 и Аг+3 в общей кинетике развития разряда, которые являются преобладающими рекомбинационными процессами, обеспечивающие однородность и устойчивость объемного горения импульсного разряда, а также обоснованы и разработаны вычислительные алгоритмы для его моделирования.

Расчеты проводились сантиметровом предыонизации ~ 10° см

промежутке для

з

аргоне

и0 = 9

при атмосферном давлении в кВ, с концентрацией электронов

На рис.8 представлены характерные временные

зависимости следующих

компонент плазмы: электронов пе, молекулярных ионов Аг2 и Аг3 , а также эксимерных молекул аргона Аг*2.

При этом относительная концентрация эксимеров Агг существенно выше характерных концентраций эксимеров Аг2 . Эксимеры Аг2 могут служит эффективными резервуарами для вкладываемой энергии.

15 20 25 30

1, НС

Рис.8. Характерные временные зависимости концентрации электронов, молекулярных ионов Агг+ и Агз+, а также эксимерных молекул аргона Ат3.

Роль эксимерных молекул Аг2" в общей кинетике разряда не существенна. Основным каналом, приводящим к образованию таких молекул является конверсия.

Четвертая глава посвящена результатам исследования роли взрывных процессов на стадии формирования разряда. Рассматриваются разряды при различных начальных условиях и в различных газах.

Физические процессы, протекающие в прикатодной области импульсных разрядов рассмотрены в § 4.1. Показано, что процесс контракции состоит из трех последовательных стадий: а) явлений, предшествующих микровзрыву; б) собственно микровзрыв и образование плазменного сгустка; в) прорастание канала.

В приэлектродной области разряда неизбежно формируется высокое значение напряженности поля, которое растет с ростом плотности тока вблизи катода. В конечном итоге это приводит к переходу от однородной формы горения к контрагированному разряду. Показано, что катодный слой неустойчив к флуктуациям плотности тока разряда. В результате развития неустойчивости плотность тока на отдельных участках катода возрастает, при

этом уменьшается катодное падение потенциала, а напряженность поля Ек на катоде продолжает нарастать с ростом ), хотя и медленнее, чем в отсутствии автоэмиссии. Именно это и является предпосылкой дальнейшего увеличения тока автоэмиссии и последующего перехода автоэлектронной эмиссии во взрывную.

В различных типах разрядов пробой инициирует взрывные процессы в объеме, а в других взрывные процессы на электродах (в основном на катоде). И в зависимости от этого дальнейшие стадии разряда протекают по-разному. Формирование искрового канала в различных газах имеет свои особенности. Попытки объяснения этих процессов в рамках единой модели не всегда продуктивны, и во многих случаях, несмотря на внешнее сходство, физические процессы, лежащие в основе этих явлений различны. Единственное, что их объединяет это взрывообразный характер протекания этих процессов.

В §4.2 представлены результаты экспериментальных исследований особенностей формирования и прорастания искрового канала в аргоне (см. рис.6) и в гелии (см. рис.9). Изучены механизмы прорастания искрового канала из катодного пятна. Причиной образования контрагированного канала служит развитие неустойчивости, которая нарушает однородность протекания тока в катодном слое. Роль инициирующих факторов при этом играют катодные и анодные пятна. С увеличением прикладываемого поля число катодных пятен и соответственно число нитевидных каналов увеличивается.

Известно также, что несмотря на высокую проводимость, поле в канале остается высоким, соответственно выше и плотность энергии, выделяемой в канале. Образование высокопроводящего канала создает необходимые предпосылки для его самоподдержания. С увеличением области, занятой каналом, увеличивается поле внутри канала, и процесс контракции разряда становится необратимым.

Рис. 9. Покадровые картины (ЭОПограммы) формирования и прорастания искрового канала для величин Чо = 9 кВ, р=3 атм, (1=1 см.

Рассматривается подход, основанный на предположении, согласно которому катодное пятно вносит искажение в распределение электрического поля в столбе вблизи пятна. Тогда в усиленном поле происходит ударная ионизация и за счет роста проводимости потенциал вновь вытесняется из более ионизированной области в столб разряда. Так происходит распространение волны ионизации. Описываемая трактовка распространения волн ионизации предполагает, что увеличение проводимости на фронте происходит за счет размножения электронов при их соударении с нейтральными частицами.

В условиях интенсивной предварительной ионизации горение объемного разряда ограничивается катодным пятном, с образованием которого ток разряда резко возрастает. Данное обстоятельство хорошо подтверждается как результатами исследования электронно-оптических характеристик с использованием ФЭР-2 (см. рис.10), так и наличием в спектре излучения плазменного факела на катоде линий паров материала вещества электродов.

Рис. 10. Картина распределении интенсивности излучении (в отн.ед.) в промежутке как вдоль поля, так и поперек электродов. Здесь, х — координата, меняющаяся вдоль электродов, у - поперек электродов, А -анод, К - катод, КП - катодное пятно, р = 1 атм, (1=1 см

Таким образом, обсуждаемые результаты показывают, что в широком диапазоне плотностей токов и длительностей горения разряда процесс контракции происходит за счет прорастания высокопроводящих каналов со стороны электродов (ук »106 см/с). При этом роль инициирующих факторов для развития процесса контракции играют катодные и анодные пятна.

Результаты развитие ОР при больших перенапряжениях и больших удельных энерговкладах представлены в §4.3. По спектрам излучения прикатодной плазмы и по пространственно-временным картинам развития тела свечения изучен процесс расширения плазмы катодного пятна и формирование ударных волн, приводящих к образованию диффузных каналов, привязанных к катодным пятнам в импульсных объемных разрядах (ОР) в гелии при изменениях давления газа в диапазоне 1-5 атм и прикладываемых напряжений от статистического пробивного до сотни процентов перенапряжений в сантиметровых промежутках.

Так как расширение плазмы КП происходит со скоростью намного превышающей скорость звука, то на фронте волны происходит значительный рост температуры, и фронт ионизации переносится со скоростью волны. Характерное время формирования КП при высоких перенапряжениях (Ц>'>300%) составляет значение ~10~9 с, что намного меньше, чем время его расширения.

Распространение ударной волны, инициированной катодным пятном по столбу разряда (слабоионизованной плазме), естественно, вызовет рост ионизации и формирование диффузного канала разряда, вдоль которого в последующем прорастает искровой канал, а при значительных

перенапряжениях (\У>300%) объемный разряд в Не преобразуется в сильноточный диффузный режим.

О взрывном характере образования КП (время выделения энергии плазмы) говорит и тот факт, что радиальное расширение плазмы очень быстро прекращается. Если бы выделение энергии в плазме пятна продолжалось бы, то расширение происходило бы значительно дольше. Скорость же распространения вдоль плазменного столба выше, чем в невозмущенном газе (в радиальном направлении), т.е. фронт волны сферически не симметричен. Это объясняется тем, что температура газа в слабоионизованном столбе больше чем температура окружающего газа. А ударная волна является дополнительным источником нагрева газа в диффузном канале.

Анализ экспериментальных результатов перехода диффузного ОР в контрагированный разряд и в СДР при изменении давлений в диапазоне 1-5 атм и прикладываемых напряжений от статического пробойного (напряжение статического пробойного при давлении р=1 атм и длине промежутка ^=1 см составляет 11,=3 кВ) до сотни процентов перенапряжений показывают, что увеличение энерговклада в разряд приводит к контрагированию ОР в искровой канал при критическом значении отношения Е/р~] 3 кВ/атм см (см. рис.11, фото 3). На всех остальных интегральных картинах с ростом давления (при давлениях р = 2 и 3 атм в условиях эксперимента) разряд горит однородно и диффузно, т.к. приведенные значения отношения Е/р с ростом давления при тех же полях оказываются малыми, существенно не достигающими критической величины Е/р = 13 кВ/атм-см (см. рис.11, верхний электрод -катод).

В рамках сферически симметричной модели получены аналитические выражения для расчета радиуса плазмы катодного пятна (1) и скорости его расширения, удовлетворительно согласующихся с экспериментальными данными на начальном этапе расширения КП:

Из сопоставления экспериментальных и расчетных данных следует, что наилучшее совпадение радиуса плазмы катодного пятна имеет место при г0 и 110"6м. В рамках рассматриваемой модели процесс расширения катодного пятна считается адиабатическим.

На рис.12 приведена характерная зависимость скорости расширения плазмы катодного факела от времени, определенная с использованием системы щелей, а так же из динамических картин свечения промежутка, полученных с помощью ЭОП.

Из рис.12 следует, что со временем скорость разлета плазмы катодного пятна уменьшается.

Таким образом, расширяющаяся плазма КП формирует ударную волну, которая переносит фронт ионизации.

2

.1/2

3£+2 зг+2

(1)

Ударная волна, распространяющаяся вдоль направления электрического поля, является дополнительным источником нагрева газа в предискровом диффузионном канале.

3 кВ

кВ

2 атм

13 кВ

3 кВ

3 атм

Рис. 11. Интегральные картины свечения промежутка при различных начальных условиях. Электроды с межэлектродным расстоянием (1=1 см из нержавеющей стали (катод - сплошной, анод - сетчатый)

Рис. 12. Скорость расширения плазмы катодного факела в гелии для величин и = кВ, р = 1 атм, (1=1 см.

В §4.4 рассмотрены результаты развития объемного разряда в аргоне при больших перенапряжениях и больших удельных энерговкладах. Плотность тока в сильноточном диффузном разряде составляет ~103 А/см2 и намного меньше чем в искровом канале, и слабо зависит от прикладываемого поля. Длительность горения сильноточного диффузного разряда в аргоне и гелии составляет -

-10"бс.

постоянном -1

В согласованном режиме питания СДР горит при напряжении и плотности тока. Проводимость плазмы разряда 30-40 Ом"'-см соответствует температуре электронов Те=10000-15000 К, которая в три-четыре раза меньше температуры плазмы искрового канала. А концентрация электронов, определенная по плотности тока и напряжению горения ие~1016-1017см"3.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы работы.

1. По измеренным значениям предпробойных токов для таунсендовского и стримерного разрядов и по пространственно-временной динамике формирования пробоя обобщены качественные представления о развитии начальных стадий искровых разрядов в инертных газах (Не,Аг), позволяющие объяснить механизмы и скорости их распространения при различных давлениях и энерговкладах. На основе экспериментальных результатов уточнена граница по напряжению, выше которой происходит смена механизма пробоя от таунсендовского к стримерному. Показано, что стримерный канал в Аг инициируется флуктуацией, возникающей в точке критического усиления лавины на различных расстояниях от катода в зависимости от перенапряжения.

2. Получены экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления. Впервые в Не экспериментально обнаружено явление ветвления катодонаправленного стримера в коротких перенапряженных промежутках, а также дано качественное обоснование физического механизма этого процесса. Экспериментально определены критические размеры стримера при которых происходит ветвление и показано, что с ростом величины энерговклада в разряд уменьшается: как-критическая длина стримера, при которой происходит ветвление, так и время ветвления стримера.

3. Проведено систематическое исследование оптических, спектральных и электрических характеристик импульсных разрядов в инертных газах (Не, Аг) высокого давления и выявлены основные закономерности формирования ионизационных фронтов и искрового канала в различных видах разрядов: таунсендовском, стримерном и объемном в диапазоне напряжений от статического пробойного до перенапряжений в сотни процентов. Появление катодного пятна инициирует волну ионизации в плазме, которая : распространяется от катода к аноду в виде узкого канала. Если проводимость диффузного канала достаточно велика, то процесс контракции становится необратимым, и объемная форма горения разряда переходит в канальную. Недостаточная проводимость плазмы в канале допускает одновременное сосуществование канальной и объемной формы протекания тока через разряд (СДР).

4. На основе экспериментальных данных и теоретических расчетов при значительных перенапряжениях (\¥>300%) предложен механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда - сильноточный диффузный режим, в котором практически отсутствует контракция и который формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов привязанных к катодным пятнам. Диффузные каналы образуются за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме за счет взрывных процессов в сильном электрическом поле £=106 В/см.

5. Детально изучена кинетика образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в Ar высокого давления и выяснена роль процессов диссоциативной рекомбинации с участием молекулярных комплексов Аг+2 и Аг+3 в общей кинетике развития разряда, которые являются преобладающими рекомбинационными процессами, обеспечивающие однородность и устойчивость объемного горения импульсного разряда, а также обоснованы и разработаны вычислительные алгоритмы для его моделирования.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ахмедова Х.Г., Курбанисмаилов B.C., Катаа Али Дж. Характеристики фотоплазмы в воздухе. //В сб.: Материалы Y Всероссийской конференции по Физической электронике. Махачкала. 2008. С.96-99.

2. Курбанисмаилов B.C., Баирханова М.Г., Омаров O.A., Катаа Али Дж., Рагимханов Г.Б., Гаджиев М.Х. Неустойчивость фронта волны ионизации катодонаправленного стримера в гелии высокого давления. //Прикладная физика. 2009. №5. С.62-66.

3. Курбанисмаилов B.C., Баирханова М.Г., Омаров O.A., Катаа Али Дж., Рагимханов Г.Б., Гаджиев М.Х. Процессы расширения катодного пятна и формирование ударных волн в плазме объемного разряда в гелии атмосферного давления. //В сб.: Тез. докл. VIII Международной конф. по Волновой электрогидродинамике проводящей жидкости. Долгоживущие плазменные образования и малоизученные формы естественных электрических разрядов в атмосфере. Ярославль. 2009 г.

4. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Катаа Али Дж. Взрывные процессы на электродах и их роль в контрагировании объемного разряда в гелии высокого давления. //В сб.: докл. II Всероссийской научно-практической конф. «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов Российских вузов». Томск, 2009. С.264-272.

5. Курбанисмаилов B.C., Арсланбеков М.А., Омаров O.A., Катаа Али Дж. Развитие объемного разряда в гелии при больших давлениях и перенапряжениях. //Тез. докл. XXXVII Международной (Звенигородская) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу. Звенигород, 2010.

6. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Баирханова М.Г., Катаа Али Дж., Рагилаанов Г.Б., Гаджиев М.Х. Особенности формирования и развития начальных стадий импульсного пробоя в аргоне. //Прикладная физика. 2010. №5. С.56-64.

Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага №1. Гарнитура «Тайме» Усл. печ.л - 1,5. Заказ № 670. Тираж 100:

Отпечатано в типографии "Радуга-1" г. Махачкала, ул. Коркмасова, 11 "а"

Введение.

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗРЯДА В ГАЗАХ

ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ.

§ 1.1. Формирование начальных стадий стримерных разрядов в газах высокого давления.

1.1.1 Таунсендовские разряды.

1.1.2. Стримерные разряды.

§ 1.2. Устойчивость начальных стадий импульсных разрядов в газах высокого давления.

§ 1.3; Физические процессы в прикатодной плазме в импульсных разрядах высокого давления.

§ 1.4.Устойчивость однородных объемных разрядов.

ГЛАВА И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

§2.1. Электрическая, схема формирования высоковольтных импульсов напряжения и инициирования разряда.

§ 2.2. Регистрация электрических характеристик разряда.

§ 2.3. Регистрация пространственно-временного развития разряда.

§ 2.4. Спектроскопическое исследование разряда.

ГЛАВА III. МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗРЯДА ПРИ

РАЗЛИЧНЫХ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ.

§3.1. Влияние прикладываемого поля на процесс формирования разряда.

§3.2. Неустойчивость фронта волны ионизации катодонаправленного стримера в гелии высокого давления.

§3.3. Особенностиформированияи развития.начальных стадий импульсного пробоя в аргоне.

§3.4. Кинетическая модель плазмы импульсного разряда в Аг атмосферного давления.

ГЛАВА IV. ВЗРЫВНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ЭЛЕКТРОДАХ И ФОРМИРОВАНИЕ УДАРНЫХ ВОЛН В ИМПУЛЬСНЫХ РАЗРЯДАХ

ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ.

§ 4.1. Физические процессы в прикатодной области импульсных разрядов.

§4.2. Взрывные процессы, инициирующие искровой канал.

4.2.1. Формирование искрового канала в аргоне.

4.2.2. Особенности прорастания искрового канала в объемном разряде в гелии.

4.2.3 Взрывные процессы, инициирующие искровой канал.

§4.3. Процессы расширения катодного пятна и формирование ударных волн в плазме объемного разряда в гелии атмосферного давления.

§4.4. Сильноточный диффузный разряд в аргоне.

Актуальность темы диссертации. Постоянное внимание к электрическим разрядам, развивающимся в газах высокого давления, обусловлено, прежде всего, их широким распространением и перспективами применения в новейших областях науки и техники. Импульсные разряды нашли применение в устройствах различного назначения: они используются при разработке быстродействующих коммутаторов тока [1-2], в импульсных источниках света, предназначенных для метрологии быстропротекающих процессов [3-4], в устройствах квантовой электроники [5-6], в работе многочисленных управляющих приборов-коммутаторов и размыкателей электрического тока, фотохимии и т. д.

Именно в подобных исследованиях были установлены классические механизмы пробоя - таунсендовский и стримерный [7-10]. Однако в связи с усовершенствованием современной техники эксперимента существенно расширился диапазон представлений об импульсных разрядах, развивающихся в плотных газах.

С одной стороны, это относится к более детальному изучению таунсендовского и стримерного механизмов [11-22], а с другой - к обнаружению новых фундаментальных закономерностей. В частности, при исследовании разрядов в активных средах эксимерных лазеров, а впоследствии и в чистых газах была обнаружена необычная форма разряда с объемным протеканием тока, в которой практически отсутствует контракция, - сильноточный диффузный режим (СДР) [23-27]. Несмотря на внешнее сходство (объемное однородное свечение), свойства разряда в объемной фазе и при СДР имеют существенное различие. Речь идет по существу о двух разных формах объемного протекания тока. Общее этих разрядов заключается в том, что результаты, полученные в них, можно использовать при решении проблемы создания активной среды газовых лазеров. Необычность СДР заключается в том, что в отличие от ОР, в нем фактически отсутствует контракция.

Проведенный анализ работ по пробою газов высокого давления показывает, что формирование искрового канала для таунсендовского, стримерного и объемного разрядов систематически исследовалось в молекулярных газах - воздухе, азоте, кислороде, водороде и т.д. Показано, что в процессе перехода от ОР к искровому существуют следующие фазы развития: квазистабильный тлеющий разряд, ОР' с катодными пятнами, ОР с катодными пятнами и привязанными к ним диффузными каналами, контрагированный искровой канал [28]. Несмотря на это, остается неясным, какие процессы ответственны за образование предыскрового диффузного канала, привязанного к катодному пятну при таунсендовском и объемном разрядах. Остается спорным и дискутируется вопрос о причинах, в силу которых ОР сменяется канальным.

С другой стороны, эксперименты [29-32] показали, что контракции ОР всегда предшествует появление на электродах яркосветящихся образований, называемых катодными или анодными пятнами. В местах расположения таких пятен начинается прорастание тонких каналов с повышенной электрической проводимостью. Каналы растут в направлении противоположного электрода. Окончательное перемыкание одним или несколькими каналами разрядного промежутка приводит к необратимому переходу от объемной формы протекания тока к канальной, т.е. к контрагированию разряда.

Экспериментальное исследование и численное моделирование приэлектродных областей являются чрезвычайно сложной задачей, и теория« этой области к настоящему времени не является завершенной.

Исследование процесса эрозии и разрушения поверхности проводящего материала электродов в импульсных сильноточных разрядах, образования его вторичных микроструктур и изучение их характеристик представляет интерес не только с фундаментальной точки зрения, но и в связи с рядом инженерных проблем, в частности, определение стойкости материалов при таковом воздействии; получение в результате эрозии микро -и нанопокрытий.

С другой стороны, наиболее важной областью СОР является область катодного падения потенциала, основные параметры (падение потенциала, толщина катодного слоя, плотность тока и т.д.) которой в литературе имеют достаточно широкий разброс. И поэтому определение этих параметров важно для понимания и уточнения механизмов контракции ОР.

В' этой связи необходимо продолжить такие исследования, чтобы понять природу плотных плазменных образований на электродах, выявить их влияние на устойчивость ОР и уточнить понимание процессов формирования 0 катодного слоя-и образования канала. Это послужит основой для создания подробной- теории объемного разряда. Наличие в спектре прикатодной плазмы спектральных линий атомов и ионов материала электродов служит подтверждением возникновения' катодных пятен' и распьшения' материала электродов [33-37].

Что касается стримерного пробоя, то экспериментальные наблюдения' стримерной фазы весьма многочисленны. Вместе- с тем, скорость развития лавин так велика, что современные экспериментальные методы не позволяют разрешить пространственно-временную структуру даже в условиях относительно небольших перенапряжений. В этих условиях доступно только теоретическое исследование лавинной стадии. Однако теоретическое описание процесса разработано недостаточно и позволяет выявить лишь некоторые качественные закономерности. Отсутствует единое мнение как о механизме формирования, так и развитии начальных стадий стримерного пробоя.

Для атомарных газов, особенно гелия и аргона недостаточно изучен процесс формирования и устойчивого горения ОР и СДР, а также характер их контракции в искровой канал.

Так как эти газы широко- используются в качестве буферных газов в активных средах газовых и эксимерных лазеров, а также в лазерах на пеннинговских смесях инертных газов, то исследование формирования импульсного пробоя в этих газах атмосферного давления является весьма актуальной задачей.

Таким образом, в качестве примеров разнообразия имеющихся в этой области физики проблем, не получивших к моменту начала настоящей работы должного объяснения, можно отнести следующие:

1. Ограниченность , данных о механизмах формирования ш развития высокоскоростных ионизационных волн в коротких межэлектродных промежутках при высоких давлениях газа. Отсутствие в научной литературе надежных экспериментальных данных и единого мнения о механизме ветвления стримера и количественного и качественного его обоснования.

2. Недостаточность работ по развитию теории процессов, приводящих как к возникновению, так и потери устойчивости катодной плазмы в газах высокого давления-вшеренапряженных промежутках.

3. Многообразие элементарных процессов протекающих в ОР, трудность их экспериментального и теоретического исследования, а так же детального исследования, кинетики формирования спектрального состава излучения из. приэлектродной плазмы, формирующейся в режиме: распыления материала вещества электродов

4. Ограниченность экспериментальных и теоретических данных относительно физического механизма зажигания необычной формы разряда - СДР, в которой практически отсутствует контракция

Естественно, приведенный перечень далеко не исчерпывает всех проблем, требующих своего разрешения.

Поэтому целью и главными задачами, которые ставил перед собой автор диссертации, были следующие:

1. На основе использования теоретических моделей и получения необходимого объема экспериментальных результатов дать целостное, физически непротиворечивое описание начальных стадий импульсного пробоя в инертных газах высокого давления, позволяющее объяснить как различие в скоростях распространения ионизационных фронтов в Не и Аг, так и расслоение столба разряда в Не при высоких перенапряжениях на отдельные каналы.

2. Исследование динамики формирования ионизационных фронтов и развития искрового канала для таунсендовского, стримерного и объемного механизмов пробоя в инертных газах (Не, Аг) в широком диапазоне изменения начальных условий (величины поля, концентрации первичных электронов, давления газа, формы и материала электродов и т.д.)

3. Исследование спектрального состава излучения катодной плазмы и формирования ударных волн, обеспечивающих возникновение диффузных каналов, привязанных к катодным пятнам. Изучение процесса перехода объемного разряда в сильноточный диффузный режим.

4. Выявление роли различных элементарных процессов в общей кинетике образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в аргоне атмосферного давления, а также разработка комплекса методик диагностики, позволяющих решить поставленные исследовательские задачи.

Объектами исследования явились свободнорасширяющиеся самостоятельные импульсные разряды в межэлектродных промежутках (1-3 см) в инертных газах (Не, Аг) в диапазоне давлений 1-5 атм и прикладываемых электрических полей 3-25 кВ/см.

Экспериментальные и теоретические методы исследования. Для решения поставленной задачи был использован комплексный подход к исследованию, включающий физические эксперименты и анализ их результатов на основе различных экспериментальных методов: электрических, спектральных и оптических (пространственно-временных) с высоким временным разрешением («10 не). Концентрация электронов на стримерной стадии и на стадиях формирования и горения объемного разряда определялась по плотности тока, а на более поздних стадиях коммутации измерялась по штарковским контурам спектральных линий водорода (Нр), гелия (Не II 468,6 нм) и аргона (Аг I 427,2 нм); температура электронов в искровом канале определялась методом относительных интенсивностей; характеристики оптического излучения плазмы исследовались методом лучеиспускания; концентрации возбужденных атомов аргона, ионов Аг+ »(основное состояние), эксимерных молекул Лт2, объединение многих разлетных и слабосвязанных состояний, молекулярных ионов Ат^ (основное, состояние) и Аг3+ (основное состояние), рассчитывались теоретически на. • основе разработанных моделей и алгоритмов их реализации.

Информационную базу исследования составили научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, материалов, научных ' конференций, семинаров.

Достоверность научных результатов и обоснованность научных положений базируется, на использовании для выполнения измерений. ' современных средств диагностики с высоким временным и пространственным разрешением, на фундаментальных физических законах, положенных в основу разработанных математических моделей, согласованности результатов численных моделей* с имеющимися данными, других авторов, систематичности экспериментальных и теоретических исследований в широком диапазоне начальных условий для различных газовых сред, соответствии результатов теоретических исследований результатам эксперимента.

Сочетание численных и экспериментальных методов исследования и их соответствие с имеющимися данными других авторов подтверждает достоверность полученных результатов.

Научная новизна исследования. Большинство полученных в работе результатов исследований являются оригинальными и- получены впервые. Основные новые научные результаты работы состоят в следующем:

1. Проведено систематическое исследование оптических, спектральных и электрических характеристик импульсных разрядов в инертных газах (Не,

Аг) высокого давления и выявлены основные закономерности формирования ионизационных фронтов и искрового канала в различных видах разрядов: таунсендовском, стримерном и объемном в диапазоне напряжений от статического пробойного до перенапряжений в сотни процентов.

2. На основе экспериментальных данных и теоретических расчетов при значительных перенапряжениях ("У/>300%) в Не предложен механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда - сильноточный диффузный режим, в котором практически отсутствует контракция и формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов привязанных к катодным пятнам. Диффузные каналы образуются- за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме за счет взрывных^ процессов в сильном электрическом поле Е=\06 В/см.

3. Разработаны и обоснованы вычислительные алгоритмы для моделирования импульсного разряда в Аг атмосферного давления и изучена кинетика образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в Аг.

4. Получены экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления. Впервые в Не экспериментально обнаружено явление ветвления катодонаправленного стримера в коротких перенапряженных промежутках, а также дано качественное обоснование физического механизма этого процесса.

5. Для импульсного разряда в Аг экспериментально показано, что стримерный канал инициируется ярким свечением, появляющимся в точке критического усиления лавины на различных расстояниях от катода в зависимости от перенапряжения. Экспериментально измерены предпробойные токи для таунсендовского и стримерного механизмов пробоя в Не, Аг и изучены особенности формирования искрового канала для этих механизмов.

Научная и практическая ценность работы определяется актуальностью темы и научной новизной полученных в диссертации результатов. Результаты выполненных комплексных экспериментальных и теоретических исследований будут способствовать дальнейшему развитию физических представлений об импульсных разрядах, развивающихся в газах высокого давления (порядка атмосферного), в частности, объяснению наблюдаемых больших скоростей распространения фронтов свечения в плотных газах, распространения ионизации в сторону катода и получения объемных форм разрядов при атмосферных давлениях, используемых для инициирования газовых лазеров.

Полученные в работе новые результаты о характере контракции объемного разряда и режимах горения сильноточного диффузного разряда могут быть использованы для устранения неоднородности плазмы и улучшения? характеристик газовых лазеров и систем- их инициирования, а также позволят изучить кинетику развития разряда, моделировать развитие различных стадий пробоя в широком диапазоне изменения начальных условий.

На защиту выносятся:

1. Экспериментальные результаты, позволяющие обобщить качественные представления о развитии начальных стадий искровых разрядов в инертных газах (Не, Аг), механизмы и скорости их распространения при различных давлениях и энерговкладах, а также граница по напряжению, выше которой происходит смена механизма пробоя от таунсендовского к стримерному.

2. Экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления, а также качественное обоснование физического механизма обнаруженного впервые в Не экспериментально явление ветвления катодонаправленного стримера в коротких перенапряженных промежутках, экспериментальное определение критических размеров стримера 1кр и время его ветвления для различных значений энерговклада в разряд.

3. Результаты детального изучения кинетики образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда высокого давления в аргоне и роль процессов, диссоциативной рекомбинации с участием молекулярных комплексов Аг+2 и Аг+з в общей кинетике развития разряда, "которые являются преобладающими рекомбинационными процессами, обеспечивающие однородность и устойчивость объемного горения импульсного разряда.

4. Механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда -сильноточный диффузный режим в Не, формирующий в промежутке при значительных перенапряжениях (W>300%), в котором практически i' отсутствует контракция' и формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов привязанных к- катодным пятнам. Диффузные каналы образуются за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме за ч 6 счет взрывных процессов в сильном электрическом поле £=10 В/см.

Личный вклад, автора. Личный вклад автора в работы, на основе которых написана диссертация, является определяющим. Постановка задачи, результаты экспериментов и расчетов, представленные в диссертации, анализ всего цикла работ, выводы диссертации, и основные положения, выносимые на защиту, выполнены совместно с научным руководителем.

Апробация результатов исследования и публикации. Материалы, содержащиеся в настоящей диссертационной работе, докладывались на ежегодных научных конференциях ФФ ДГУ, на Y Всероссийской конференции по физической электронике (Махачкала, 2008), на VIII Международной конференции по Волновой электрогидродинамике проводящей жидкости. Долгоживущие плазменные образования и малоизученные формы естественных электрических разрядов в атмосфере (Ярославль. 2009), на II Всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов Российских вузов» (Томск, 2009), на XXXVII Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2010), а также ■на научных семинарах ДГУ.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы отражены в 6 печатных работах, в том числе в 2 статьях в центральных научных журналах из Перечня ВАК, 4 тезисах докладов на Всероссийских и Международных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 179 страниц, включая 40 рисунков и 10 таблиц. Список цитируемой литературы насчитывает 162 наименований.

Выводы к главе 4.

На основании изложенных выше результатов исследования можно сделать следующие выводы.

1. Появление катодного пятна инициирует волну ионизации в плазме, которая распространяется от катода к аноду в виде узкого канала. Если проводимость такого канала достаточно велика, то процесс контракции становится необратимым, и объемная форма горения разряда переходит в канальную. Недостаточная проводимость плазмы в канале допускает одновременное сосуществование канальной, и объемной формы протекания тока через разряд (СДР).

2. Проведено систематическое исследование оптических, спектральных и электрических характеристик импульсных разрядов в инертных газах (Не, Аг) высокого давления и выявлены основные закономерности-формирования ионизационных фронтов и искрового канала в различных видах разрядов: таунсендовском, стримерном и объемном в диапазоне напряжений от статического пробойного до перенапряжений в сотни процентов.

3. На основе экспериментальных данных и теоретических расчетов при значительных перенапряжениях (\У>300%) предложен механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда - сильноточный диффузный режим, в котором практически отсутствует контракция и который формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов привязанных к катодным пятнам. Диффузные каналы образуются за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме за счет взрывных процессов в сильном электрическом поле Е= 106 В/см.

4. Показано, что искровой канал в стиримерных разрядах в аргоне инициируется флуктуацией, возникающей в точке перехода лавины в стример. В тауисендовских и объемных разрядах при малых перенапряжениях (^^ТЗ/'б) искровой канал инициируется катодным пятном, расширение плазмы которого имеет гидродинамическую природу, а скорость прорастания канала определяется плотностью тока в нем (с ростом плотности тока — скорость растет). С увеличением прикладываемого напряжения число катодных пятен и каналов растет, а скорость их прорастания уменьшается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы впервые получены следующие результаты:

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы работы.

1. По измеренным значениям предпробойных токов для таунсендовского и стримерного разрядов и по пространственно-временной динамике формирования пробоя обобщены качественные представления о развитии начальных стадий искровых разрядов в инертных газах (Не,Аг), позволяющие объяснить механизмы и скорости их распространения при различных давлениях и энерговкладах. На основе экспериментальных результатов уточнена граница по напряжению, выше которой происходит смена механизма пробоя от таунсендовского к стримерному. Показано, что стримерный канал в Аг инициируется флуктуацией, возникающей в1 точке критического усиления лавины на различных расстояниях от катода в зависимости от перенапряжения.

2. Получены экспериментальные и теоретические результаты по развитию неустойчивости фронта волны ионизации на начальных стадиях стримерного пробоя в гелии атмосферного давления. Впервые в Не экспериментально обнаружено явление ветвления катодонаправленного стримера в коротких перенапряженных промежутках, а также дано качественное обоснование физического механизма этого процесса. Экспериментально определены критические размеры стримера при которых происходит ветвление и показано, что с ростом величины энерговклада в разряд уменьшается как критическая длина стримера, при которой происходит ветвление, так и время ветвления стримера.

3. Проведено систематическое исследование оптических, спектральных и электрических характеристик импульсных разрядов в инертных газах (Не, Аг) высокого давления и выявлены основные закономерности формирования ионизационных фронтов > и искрового канала в различных видах разрядов: таунсендовском, стримерном и объемном в диапазоне напряжений от статического пробойного до перенапряжений в сотни процентов. Появление катодного пятна инициирует волну ионизации в плазме, которая распространяется от катода к аноду в виде узкого канала. Если проводимость диффузного канала достаточно велика, то процесс контракции становится необратимым, и объемная форма горения разряда переходит в канальную. Недостаточная проводимость плазмы в канале допускает одновременное сосуществование канальной и объемной формы протекания тока через разряд (СДР).

На основе экспериментальных данных и теоретических расчетов при значительных перенапряжениях (\У>300%) предложен механизм зажигания необычной формы объемного горения разряда сильноточный диффузный режим, в котором практически отсутствует контракция и который формируется за счет перекрытия тонких диффузных каналов привязанных к катодным пятнам. Диффузные каналы образуются за счет ударных волн, формируемых в прикатодной плазме за счет взрывных процессов в сильном электрическом поле £=106 В/см.

Детально изучена кинетика образования заряженных и возбужденных частиц в плазме объемного разряда в Аг высокого давления и выяснена роль процессов диссоциативной рекомбинации с участием молекулярных комплексов Аг+2 и Аг+з в общей кинетике развития разряда, которые являются преобладающими рекомбинационными процессами, обеспечивающие однородность и устойчивость объемного горения импульсного разряда, а также обоснованы и разработаны вычислительные алгоритмы для его моделирования.

1. Воробьев Г.А., Месяц Г.А. Техника формирования высоковольтных наносекундных импульсов. М.: Атомиздат, 1963. 167 с.

2. Месяц Г.А., Насибов A.C., Кремнев В.В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения. М.: Энергия, 1970. 152с.

3. Новикова Г.М., Хаустова В.П. Источники света наносекундной длительности. //Светотехника. 1975. №10. С. 19-20.

4. Онучин А.П. Генератор световых импульсов наносекундной длительности. /ЯТГЭ. 1961. №6. С.100-103.

5. Павловский А.И., Босамыкин B.C., Карелин В.И., Никольский B.C. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме. //КЭ.1976. ТЗ. №3. С.601-604.

6. Велихов Е.П., Письменный В.Д., Рахимов А.Т. Несамостоятельный газовый разряд, возбуждающий непрерывные СОг — лазеры. //УФН.1977. Т. 122. Вып.З. С.419-447.

7. Леб Л. Основные процессы электрических разрядов в газах. /Пер. с англ. под ред. H.A. Капцова. М.: Гостехиздат, 1950. 672 с.

8. Allen K.R., Philips К. Cloud chamber stucty of electron avalanche growth. //Prog. Roy Cjc. 1963. V.274. P.163-186.

9. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах. /Пер. с нем. под ред. B.C. Камелькова. М.: Мир, 1968. 390 с.

10. Ю.Мик Дж., Крегс Дж. Электрический пробой в газах. М.: ИЛ. 1960. 390с.

11. Wagner K.N. Vorstadium des Funkens unterzucht mit dem Bilderstarker. //Z. Phys.1967. Bd.204, H.3. S.177-197.

12. Koppitz I. Die radiale und axiale Entwiklung des Leuchtens in Funkenkanal untersucht mit Wichkamera. //Z. Naturforch.1967. Bd.22. №.11. S.1089-1097.

13. Koppitz I. Nitrogen discharges of large cross Section at higgh overvoltage in a homceneous sield. //J. Phys. D.: Appl. Phys.1973. Vol.6. P.1494-1502.

14. Н.Бабич Л.П., Станкевич Ю.Л. Критерий перехода от стримерного механизма газового разряда к непрерывному ускорению электронов. //ЖТФ. 1972. Т.42. № 4. С.795 799.

15. Бройтман А.П., Омаров O.A., Решетняк С.А., Рухадзе A.A. Плазменная модель электрического пробоя газов высокого давления. /Препринт ФИАН СССР. М., 1984. №.197. 54 с.

16. Doran A.A. The development of a Towsend discharge in N2 up to. breakdown investigated by image converter, intesivier and photomultiplier technigues. //Z. Phys.1968. Bd 208. №2. P.427-440.

17. Лозанский Э.Д., Фирсов О.Б. Теория искры. М.: Атомиздат, 1975. 272 с.

18. Омаров O.A., Рухадзе A.A. О проявлении плазменной стадии развития лавины-при искровом пробое газов. //ЖТФ.1980. Т.50. № 3. С.536 539.

19. Лозанский Э.Д. К вопросу о природе фотоионизирующего излучения при стримерном пробое газа. //ЖТФ.1968. Т.38. № 3. С.1563-1567.

20. Павловский А.И., Бабич Л.П., Лойко Т.Е., Тарасова Л.В. Убегание электронов в газовых разрядах и происхождение минимума. //ДАН-СССР. 1985. T.28I. № 6. C.I359-I363.

21. Кремнев В.В., Месяц Г.А. О механизме развития импульсного разряда в газе при одноэлектронном инициировании. //ЖПМТФ.1971.Т.1. С.40-45.

22. Омаров O.A., Рухадзе A.A., Шнеерсон Г.А. О плазменном механизме пробоя газов высокого давления в сильном постоянном электрическом поле. //ЖТФ. 1979. Т.49. № 9. С.1997- 2000.

23. Хачалов М.Б. Формирование и развитие искрового канала в аргоне: Дисс. канд. физ.- мат. наук. Даггосуниверситет, 1986. 155 с.

24. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Месяц Г.А., и др. Объемные разряды, применяемые для накачки эксимерных лазеров. В- кн.: Лазерные системы.- Новосибирск: Наука, 1980. С.14 29.

25. Козырев A.B., Королев Ю.Д., Месяц Г.А., Новоселов Ю.И., Шемякин И.А. Контракция объемного разряда, инициируемого ультрафиолетовым излучением в смеси Ar: SF6. //ЖТФ.1981. T.5I. Вып.9. С. 1817-1822.

26. Колчин К.И., Прозоров Е.Ф., Ульянов К.Н., и др. Сильноточный объемный разряд со- спитцеровской проводимостью. //Y Всесоюзная конференция по< физике газового разряда: Тез. докл. Омск, 1990. 4.1. С.113-114.

27. Курбанисмаилов B.C., Омаров- O.A. Сильноточная диффузная фаза импульсного объемного разряда- в Не атмосферного давления. //YIII Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы: Тез. докл. Минск, 1991. Ч. 2. С. 85-86.

28. Королев Ю.Д., Хузеев А.П. Формирование искрового канала в объемном разряде, инициируемых пучком быстрых электронов. //ТВТ.1975. Т.13. №4. С.861-862.

29. Пиотровский Ю.А., Толмачев Ю.А. Определение констант скорости перемешивания заселенности уровней гелия медленными электронами. //Оптика ^спектроскопия. 1982. Т.52. №4. С.754-758.

30. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Тимофеев В.Б. Формирование стримерного пробоя в гелии. //ТВТ.1989. Т.56: №3. С.1221-1223.31 .Курбанисмаилов B.C., Омаров-O.A., Хачалов М.Б. Измерение слабых разрядных токов. //Измерительная техника. 1989; № 3. С.30-31.

31. Ашурбеков H.A., Иминов К.О., Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A. Динамика оптического излучения поперечного наносекундного разряда с щелевым катодом. //Оптика и спектроскопия. 1998. Т.84. №4. С.556-562.

32. Курбанисмаилов B.C., Ашурбеков H.A., Омаров-0;А., Рагимханов Г.Б., Гаджиев М.Х. Импульсный разряд в парогазовых смесях гелия высокого давления. //XXX Всероссийская конференция по физике плазмы и УТС: Тез: докл. Звенигород, 2003. С. 124.

33. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Ашурбеков H.A. Физика газового разряда. Учебное пособие с грифом УМО. Махачкала, 2001. 201 с.

34. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя. М.: Наука, 1991.224с.

35. Роговский В.О. О зажигании газового разряда. //УФН.1933.Т.8, Вып.З. С.593-612.

36. Маршак И.С. Электрический пробой газа при« давлениях близких к атмосферному. //УФН.1960. Т.71. Вып.4. С.631-675.

37. Farich О, Tedford D.I. // Brit I.D.: Appl. Phys. 1996. Vol.17. P.965-966.

38. Hogan D.C., Kearsley A.J., Weff C.E. Resistive syabilisation of a dischargen- exsiteg XeCl laser. //J .Phys. D. 1980. Vol.13. №12. P.225.

39. Chalmers I.D. Thetransient glow discharge in nitrogen and dryair. //J. Phys. D: Appl. Phys. 1974. Vol.4. № 8. P.l 147-1151.

40. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Гаврилюк П.А. Формирование разряда и образование высокопроводящего канала при электрическом разряде в наносекундном диапазоне. //ЖТФ. 1972. Т.42. №8. С.1674-1679.

41. Формирование искрового канала в водороде (описан Таунсендовский механизм)

42. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: Наука, 1982, 255 с.

43. Stritzke P Sander I., Raether G. Spatial and temporal spectroscopy of a streamer discharge in nitrogen. //J. Phys., D: Appl. Phys. 1979. Vol.10. P.2285 2300.

44. Лагарьков A.H., Руткевич И.М. Волны электрического пробоя вограниченной плазме. М.: Наука, 1989. 207 с. 48.Омаров O.A., Рухадзе A.A., Шихаев А.Ш. Плазменный механизм пробоя газов в сильных продольных магнитных полях. //ЖТФ.1981. Т.52. С.255-258.

45. Омаров O.A. Стримерный разряд в газах. Махачкала, 1989. 80 с.

46. Дьяконов М.И., Качотровский В.Ю. О стримерном разряде в однородном поле. //ЖЭТФ.1989. Т.95. №5.С.1850.

47. Руденко Н.С., Сметанин В.И. Механизм распространения стримеров на основе плазменных колебаний. //Изв. вузов. Физика. 1977. № 7. С. 3439.

48. Бабич Л.П. Об участии плазменных электронов в искровом пробое газов. //Физика плазмы. 1981. №7. Вып. 6. С.1419-1422.

49. Колисниченко Ю.Ф. Двумерная модель формирования структур с ветвлением. //Препринт №9002. 1990. МРТИ.18с.

50. Веденин П.В., Розанов Н.Е. СВЧ разряд высокого давления в надпробойном поле. Ветвление стримера. //Письма в ЖЭТФ.Т.69. В.1.С.15-19.

51. Синкевич O.A. Ветвление анодонаправленного стримера //ТВТ.2003.Т.41. №.5.С.695-705.

52. Акишев Ю.С., Напартович А.П., Пашкин C.B. и др. Влияние состояния поверхности электродов на образование катодных и анодных пятен. //ТВТ. 1984. Т.22. № 2. С. 201-207.

53. Ашурбеков H.A., Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Хачалов М.Б. особенности формирования искрового канала в аргоне. //Тез. докл.

54. Международной научной конф., посвящ. 275-летию РАН и 50-летию ДНЦРАН. Махачкала, 1999. С. 64-65.

55. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Гаврилюк П.А. Формирование разряда и образование высокопроводящего канала при электрическом разряде в наносекундном диапазоне. //ЖТФ. 1972. Т.42. №8. С. 1674-1679.

56. Елецкий A.B., Рахимов А.Т. Неустойчивости в плазме газового разряда. В кн. Химия плазмы. М.: Атомиздат, 1977. Вып.4. С. 123-167.

57. Козырев A.B., Королев Ю.Д., Месяц Г.А., Новоселов Ю.И., Шемякин И.А. Контракция объемного разряда, инициируемого ультрафиолетовым излучением в смеси Ar: SF6. //ЖТФ. 1981. T.5I. Вып.9. С. 1817-1822:

58. Козырев В.А., Королев Ю.Д., Тинчурин К.А. Формирование искрового канала в азоте при пробое сильноперенапряженных промежутков. //Физика плазмы. 1988. Т18. Вып.8. С. 1003-1007.

59. Королев Ю.Д., Коршунов О.В., Хузеев А.П. Исследование сильноточного диффузного разряда в аргоне. //ТВТ.1985. Т.23. В.5. С. 853-857.

60. Королев Ю.Д., Кузьмин В.А., Месяц Г.А. Взрывоэмиссионный механизм возникновения катодного пятна и предельные энергетические параметры наносекундного объемного разряда в азоте. //Физика плазмы. 1982. Т.8. В.6. С. 1244-1248.

61. Королев Ю.Д., Работкин В.Г., Филонов А.Г. Кольцевая структура катодных пятен в несамостоятельном тлеющем разряде в азоте. //ТВТ. 1979. Т.17.№1. С. 211-213.

62. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A. К вопросу о характере контрагирования СОР в гелии атмосферного давления. //ТВТ. 1995.T.33,№3. С. 346-350.

63. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Ашурбеков H.A., Хачалов М.Б. Формирование искрового канала в инертных газах атмосферного давления. //Межвуз. сб.: ДГУ. Махачкала, 1998. С. 62-65.

64. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Хачалов М.Б. Формирование искрового канала в- аргоне. //В сб.: Материалы I Всероссийской конференции по физической электронике. Махачкала, 1999. С. 114-117.

65. Горячев В.JI., УфимцевА.А., Ходаковский A.M. О механизме эрозии электродов» при импульсных разрядах в воде с энергией в импульсе ~ 1 Дж. //Письма в ЖТФ. 1997. Т.23, №10. С.25-29.

66. Смирнов В.М. Процессы в расширяющемся и конденсирующемся газе. //УФН. 1994. Т. 164. №7. С.665-703.

67. Жеребцов В.А. Приэлектродные области непрерывного оптического разряда в термоэмиссионном преобразователе энергии лазерного излучения в электрическую энергию // ТВТ. 2004. Т.42 №5. С.690-697.

68. Курбанисмаилов B.C. Взаимодействие и устойчивость различных форм импульсного пробоя газов высокого давления: Дисс. доктора, физ.-мат. наук. Даггосуниверситет, 2004. 319 с.

69. Жеребцов В.А. Приэлектродные области термоэмиссионного преобразователя энергии лазерного излучения в электрическуюэнергию с легкоионизируемой добавкой. //ЖТФ. 2006. Т.76. Вып.7 с. 15-21.

70. Carman R.J., Brown D.J.W., Piper J. A. A self-consistent model for the discharge kinetics in a high-repetition-rate copper-vapor laser //IEEE J. Quantum Electronics. 1994. Vol. 30. P.1876-1881.

71. Brown D.J.W., Kunnemeyer R., Macintosh A.I. Time-resolved measurements of excited state densities in a copper vapor laser /ДЕЕЕ J. Quantum-Electron. 1990. Vol.26. P. 1609-1619.

72. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Рагимханов Г.Б., Ашурбеков H.A., Абдурагимов Э.И. Формирование катодного слоя самостоятельного объемного разряда в гелии. //Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Естеств. науки. 2002. №4. С.31-36.

73. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Ашурбеков H.A., Рагимханов Г.Б., Гаджиев М.Х Импульсный разряд в парогазовых смесях гелия высокого давления. //Прикладная физика. 2004. №3. С.41-46.

74. Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Парфенов А.Г. О природе взрывной электронной эмиссии. //Докл. АН СССР. 1983. Т.269. В.2. С.343-345.

75. Месяц Г.А. О взрывных процессах на катоде в газовом разряде. //Письма в ЖТФ. 1975. Т.1. №19. С.885-889.

76. Месяц Г.А:, Королев Ю.Д., Бычков Ю.И. Импульсный разряд в газе в условиях интенсивной ионизации электронами. //УФН. 1978. T.I26. Вып.З. С.451-477.

77. Puchkarev V.F., Bochkarev M.B. Cathode spot initiation under plasma. //J. Phys. D: Appl, Phys. 27 (1994) 1214-1219.

78. Бохан П.А., Климкин В.M., Прокопьев B.E. Газовый лазер на ионизированном европии. //Письма в ЖЭТФ.1973. Т. 18. Вып.2. С.80-82.

79. Жуков В.В., Кучеров B.C., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Рекомбинационные лазеры на парах химических элементов. //Квантовая электроника. 1977. Т.4, №6. С. 1257-1267.

80. Бохан П.А., Закреевский Д.Э. Импульсный разряд в парогазовых смесях гелия высокого давления. //ЖТФ. 1997. Т.67, №4. С. 25-31.

81. Лесной М.А. //Квантовая электроника. 1984. № 11. С. 205-209.

82. Баренгольц С.А., Месяц Г.А., Шмелев Д.Л. Влияние тангенциального магнитного поля на эктонные процессы в катодном пятне вакуумной дуги //Письма в ЖТФ. 2010. Т.36. Вып. 23. С.91-97.

83. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000. 424 с.

84. Boxman R.L., Martin PJ., Sanders D.M. Handbook of Vacuum Arc Science andvTecnology. //Park Ridge: Noyes Publications, 1995. 742 p.

85. Богомаз A.A., Вудин A.B., Позубенков A.A., Рутберг Ф.Г. Эрозия электродов в сильноточной импульсной дуге. //Тез. Докл XXI Международной конф. Уравнения состояния вещества. Эльбрус, 2006. С.148.

86. Богомаз A.A., Будин A.B., Коликов В.А., Пинчук М.Э., Позубенков A.A., Рутберг Ф.Г. Особенности эрозии электродов при амплитуде разрядного тока свыше 105 А. //ДАН. 2003. Т.388. С.37-40.

87. Gas lasers / Ed. by McDaniel and W.I., Nighan. NJ: Academic Press, 1982.

88. Mesyats G.A., Osipov V.V., Tarasenko V.F. Pulsed Gas Lasers. Washington: SPIE PRESS, 1995.

89. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. M.: Наука, 2004.

90. 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. №10: P.4746-4748.

91. Тарасова- JI.B., Худякова JI.H. Рентгеновское излучение при импульсных разрядах в воздухе // ЖТФ. 1969: Т. 39: 1530-1533.

92. ЮЗ.Тарасова Л.В., Худякова Л.Н., Лойко-Т. В., Цукерман В.А. Быстрые электроны и рентгеновское излучение наносекундных импульсных разрядов в» газах при-давлениях 0.1—760 Topp. // ЖТФ. 1974. Т. 44. Вып. 3. С. 564 -568'.

93. Tarasenko V.F., Baksht, E.H., Burachenko A.G., Kostyrya I.D., Lomaev M.F., Rybka D.V. Supershort avalanche electron beam generation in gases. //Laser and Particle Beams. 2008. Vol.26. №4. P.605-617.

94. Сорокин A.P., Ищенко В.H. Мощный разряд с плазменным катодом в плотных газах. //ЖТФ. 1997. Т.67. №11. С.10-14.

95. Юб.Перминов А. В., Тренькин A.A. Микроструктура токовых каналов наносекундного искрового разряда в.воздухе атмосферного давления в однородном и резко неоднородном электрических полях. //ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 9. С. 52- 55.

96. Карелин В.И., Тренькин A.A. О высокоэнергетичных электронах в высоковольтных наносекундных разрядах, развивающихся в режиме микроструктурирования токовых каналов. //Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 9. С. 37- 43.

97. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Бураченко А.Г., Костыря И.Д., Ломаев М.М., Рыбка Д.В: Диффузные разряды в неоднородном электрическом поле при повышенных давлениях, инициируемые убегающими электронами. //ЖТФ. 2010. Т. 80. Вып. 2. С.151-154.

98. Belevtsev A. A., Firsov К. N., Kazantsev S. Yu., Kononov Г. G. A self sustained volume discharge in vibrationally excited strongly electronegative gases. //J. Phys. D: Appl.Phys. 2004. Vol.37. P. 1759 1764.

99. Ш.Козырев В. А., Королев Ю.Д., Тинчурин К. А. Формирование искрового канала* в азоте при, пробое сильноперенапряженных промежутков. //Физика плазмы. 1988. Т.18. Вып.8. С.1003-1007.

100. Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И., Павловский А.И., Репин П.Б. Широкоапертурный источник- рентгеновского излучения для предыонизации электроразрядных лазеров большого объема. //Квантовая электроника. 1991. Т. 18, № 7. С. 891-893.

101. Энциклопедия низкотемпературной плазмы /Под. ред. В.Е. Фортова М.: Наука. 2000: Т.1.С.148.

102. Репьев А.Г., Репин П.Б., Данченко Е.Г. Структура свечения наносекундного диффузного разряда в резко неоднородном электрическом поле. //ЖТФ.2008. Т.78. Вып.7. С.40-47.

103. Данченко Е.Г., Репин П.Б., Репьев А.Г. Исследование структуры свечения, начальной фазы наносекундного пробоя изоляционных промежутков. //ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 7. С. 60-64.

104. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Тарасова JI.B. О генерации электронов аномальной энергии при наносекундных разрядах в плотных газах. //ЖТФ.1978. Т.48. №8. С.1617-1620.

105. Репьев А.Г., Репин П.Б. Динамика оптического излучения высоковольтного диффузного разряда в электродной системе стерженьплоскость в воздухе атмосферного давления. //Физика плазмы. 2006. Т. 32. № i.e. 75-82.

106. Костыря И.Д., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф., Ткачев А.Н., Яковленко» С.И. О формировании объемных разрядов при субнаносекундной длительности фронта импульса напряжения. //ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 7. С. 65-69.

107. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф. Формирование объемного* разряда-в воздухе атмосферного давления при наносекундных импульсах высокого напряжения. // Изв. вузов. Физика. 2004. № 12. С. 85-86.

108. БакштЕ.Х., Бураченко А.Г., Ломаев М.И., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф. Генерация субнаносекундных импульсов убегающих электронов в азоте и гелии при напряжении на промежутке 25 kV //ЖТФ. 2008. Т.78. Вып. 1. С. 98-103.

109. Tarasenko V.F. Nanosecond discharge in air at atmospheric pressure as an X-ray source with high pulse repetition rates. //Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, N8. P. 1501-1503.

110. Лагарьков A.H., Руткевич И.М. Волны электрического пробоя в ограниченной плазме. М.: Наука, 1989. 207 с

111. Яковленко С.И. Неустойчивость фронта волны размножения электронов фона. //Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. В.4. С.76-82.

112. Курбанисмаилов B.C., Баирханова М.Г., Гаджиев М.Х., Омаров О.А., Рагимханов Г.Б., Катаа А.Дж. Неустойчивость фронта волны ионизации катодонаправленного стримера в гелии высокого давления. //Прикладная физика. 2009. №5. С.62-66.

113. Бабич Л.П. Об участии плазменных электронов в искровом пробое газов. //Физика плазм. 1982. Т.7. Вытб. С. 1419-1422.

114. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Основы электродинамики плазмы. М.: Высшая школа, 1978. 407 с.

115. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992. 536 с.

116. Месяц Г.А., Королев Ю.Д. Объемные разряды высокого давления в газовых лазерах. //УФН. 1986. Т.148. Вып.1. С.100-108.

117. Напартович А.П., Старостин А.Н. Механизмы неустойчивости тлеющего разряда повышенного давления. //В кн. Химия плазмы. М.: Атомиздат, 1979. В.6. С.153-208.

118. Rogoff G.L. Gas heating effects in the constriction of a high- pressure glow discharge column. //Phys. of Fluids. 1964. V.7. №11. P.1931-1940.

119. Елецкий A.B., Рахимов A.T. Неустойчивости в плазме газового разряда. //В кн. Химия плазмы. М.: Атомиздат, 1977. В.4. С.123-167.

120. Ecker G., Kroll W., Zoller О. Thermal instability of the plasma column. //Phys.of Fluids. 1964. V.7. № 12. P.2001-2006.

121. Egger H., Dufour Mi, Seelig W. Inhomogeneities in TEA laser discharges. //J.Appl. Phys. 1976: Vol.47. № 11.

122. Бугаев С.П., Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Взрывная эмиссия электронов. //УФЫ. 1975. Т.115. В.1. С.101-120.

123. Gunterschulze А. Zusammenhang zwischen Stromdichte und Kathodenfall der Glimmentladung bei Verwendung einer Schutzringkathode und Rorrektion der Temperaturerhöhung. //Z.Phys. 1928. B.49. №.5. S.358-378.

124. Gunterschulze A. Der Kathodenfall der Glimmentladung in Abhängigkeit von der Stromdichte bei Spannungen bis 3000 Volt. //Z.Phys. 1930. B.59. №.7. S.433^45.

125. Кесаев Н.Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука, 1968.258с.

126. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Наука, 1984. 256 с.

127. Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Парфенов А.Г. О природе взрывной электронной эмиссии. //Докл. АН СССР. 1983. Т.269. В.2. С.343-345.

128. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Импульсный разряд в газе в условиях интенсивной ионизации электронами. //УФН.1978. Т. 126. Вып.З. С.451-477.

129. Спитцер Л. Физика полностью ионизованного газа*. /Пер. с-англ. Под ред. Левина М. Л.- М.: Мир, 1965.

130. Бычкова Л.Г., Бычков Ю.И., Месяц Г.А., Юрике Я.Я. Электронно -оптические исследования развития электрического разряда в газе при высоких напряженностях электрического поля и однородном инициировании. //Изв. вузов. Физика. 1969. №11. С.24-27.

131. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Рагимханов Г.Б., Гаджиев М.Х., Баирханова М.Г., Катаа А. Дж. Особенности формирования и развития начальных стадий импульсного пробоя в аргоне. //Прикладная физика. 2010. №5. С.56-64.

132. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. М.: Мир, 1978. 489 с.

133. Диагностика плазмы /Под ред. С.Ю. Лукьянова В.З. М.: Атомиздат, 1973. 560с.

134. Методы исследования плазмы. /Под ред. В. Лохте Хольтгревена. М.: Мир, 1971.551с.

135. Грим Г. Спектроскопия плазмы. М., 1969. 451с.

136. Бохан П.А., Закреевский Д.Э. Исследование продольного импульсно- периодического разряда в парогазовых смесях высокого давления. //ЖТФ. 1997. Т.67. №4. С. 25-31.

137. Осипов В.В., Лисенков В.В. Формирование катодного слоя самостоятельного объемного разряда. //ЖТФ.2000. Т.70. Вып. 10. С.27-33.

138. Годияк Г.В., Паномаренко А.Г., Травков И.В., Швейгерт В.А. Об условиях формирования однородного объемного разряда. /Препринт ИТПМ, 1983. №27-83. 51 с.

139. Бабич Л.П., Березин И.А., Лойко Т.В., Тарасов М.Д. Роль ускорительных процессов в формировании объемных наносекундных разрядов в плотных газах. //Известия вузов. Радиофизика. 1982. Т.25. №10. С.1131-1137.

140. Курбанисмаилов B.C., Омаров O.A., Гаджиев А.З., Омарова Н.О. Оптические характеристики плазмы импульсного разряда в Не атмосферного давления. //ЖПС.1992. Т.27. С.456- 460.

141. Ананьин П.С., Стибунов В.Н. Зависимость времени формирования искрового разряда в гелии от ионизации в разрядном промежутке. //Изв. вузов. Физика. 1973. Вып.З. С.47-52.

142. Месяц, Г.А. Эктон лавина электронов из металла. //УФН. 1995. Т. 165 №6. С. 601-626.

143. Великович А.Л., Либерман A.A. Физика ударных волн в газах и плазме. М.: Наука, 1987,- 296 с.

144. Газовые лазеры: Пер. с англ./Под ред. И. Мак-Даниеля и У, Нигэна.-М.: Мир,1986. 552с.