Механизм развития униполярного разряда в длинных трубках с единственным внешним электродом тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РГБ ОД 2 2 ДЕК ш

На правах рукописи

ТРУБКАХ С ЕДИНСТВЕННЫМ ВНЕШНИМ ЭЛЕКТРОДОМ

Специальность 01.02.05 -Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань - 2000

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете,

в Физико-техническом институте Академии наук Республики Таджикистан.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессорА.А.Рухадзе (МГУ, г. Москва)

доктор физико-математических наук, профессор Б.А. Тимеркаев (КазГТУ, г.Казань)

доктор физико-математических наук, профессор Л.А. Шелепин (ФИАН, г. Москва)

Ведущая организация:

Российский университет дружбы народов (г.Москва)

«г

Защита состоится 2000 года в /0 часов

на заседании диссертационного совета Д 063.43.01 при Казанском государственном техническом университете имени А.Н. Туполева по адресу: 420111 г. Казань ул. К. Маркса д. 10 КГТУ им. Туполева

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " " /У_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 063.43.01 кандидат технических наук

А.Г.Каримова

0Б1ЩЯ ХАРАКгеРШГИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертационная работа относится к области физики явлений, происходящих в газовых разрядах с непрерывным и импульсным подводом электрической энергии, и являющихся основой лазерных текнолэгий. определивших за последние десятилетия общий технический прогресс. Однако существующая теория многих явлений, наблюдаемых в различных типах разрядов, не является убедительной с точки зрения фундаментальных законов 4шики. Именно к такого рода явлениям относится и разряд униполярного пробоя газа (УПГ) в длинных (>4 м) трубках с единственным покрышем-элжтродом (ГО), размещенным снаружи поверхности трубки [1]. В разряде УПГ нет ни металлических поверхностей, эмитирующих электроны; нет и продольного разгоняющего поля. ЬЬсмотря на это, при УПГ происходит переход безэлектродного разряда в такую форму [2] "...как будто включаются процессы вторичной эмиссии с поверхности изоляторов. Безэлжгродный разряд становится похожим на настоящий электродный".

При УПГ наблюдается такой же эффект нормальной плотности тока, который существует и в 2-х электродном тлеющем разряде постоянного тока (ТРГТГ) [2,3]. В экспериментах с УПГ на поверхности изолированного единственного электрода, так же, как и на катоде ТРПГ, од новременно существуют две облзсти, одна га которых является токовым пятном и через нее идет ток, а в соседней с ней области нет и токового пятна, и тока через нее. Изменения пшщапи изолированной поверхности ГТЭ и площади катода ТРПГ, участвующих в развитии разряда, повторяют изменения тока, потребляемого от источника

ГЬ своей феноменологии к разряду УПГ наиболее близок волновой пробой длинных разрядных промежутков [4-6]. Однако в обоих условиях пробоя требуется объяснение механизма появления как первичных электронов, обеспечивающих развитие волны, так и свободных электронов перед фронтом волны № объясняется и причина болшгой скорости движения пробойной волны, а также возможность существования конического профиля у импульсных разрядов, в том чиста и у разряда УПГ. Некоторые же проявления феноменологии этого разряда весьма схожи и со стримерным [7], и с пучковым [8,9] механизмами развития разрядов, в которых вопрос о подводе энергии к фронту одноэлектродного разряда остается открытым. В [10] рассматривается возможность представления объемного заряда пространственно разнесенных ионов и электронов в качестве солитона квазипотенциалшого поля. Одаако в целом с феноменологией разряда УПГ соотнести только какой-либо один из известных механизмов разряда невозможно.

Сфера применения свойств разряда УПГ может быть весьма разнообразной. Так, уникальное свойство объема разряда УПГ быть источником [11,12] импульсного электрического поля и свободных электрических зарядов, наводимых в газовых и жидких средах, контактирующих с поверхностью разряда, а также технологичность (один электрод да и тот окружи трубки!) ввода его объема в

активные (рабочие) зоны различных (в том числе и вьюокотемпературных) реакций, позволяет и контролировать ход этих реакций [13], и воздействовал, на их результат [14]. На биологические объекты излучением УПГ можно октывагь на-правлгнное [15] или стимулирующее^ или угнетающее воздействие, например, на прорастание семян. Свойство постоянной ютотносш тока, стекающего с поверхности объема с разрядом, можно использовать в источниках питания полупроводниковых лазеров идиодов[1б], для контроля за состоянием воздушной и водных сред [17].

Установление механизма развития разряда УПГ позволяет одновременно исследовать и природу многих физических явлений, наблюдаемых в различных разрядных процессах, практическая значимость которых определяется их влиянием на развитие современных технологий, на технический прогресс в цеаюм.

Завершение исследований, предсггавлашых в диссертационной работе, финансировалось грантами Министерства общего и профессионалшого образования Российской Федерации №98Гр-9б и №96-26-3.6.

Цель работы и направление исследований.

Ь^лыо работы является: 1) экспериментальное установление особенностей и отличий , от других типов разрядов феноменологии разряд а униполярного пробоя газа (УПГ)> возбуждаемого в объемах со сплошными цилиндрическими металлическими стенками, или в объемах с единственным цилиндрическим покрышем-адаародом (Г1Э), размещенным снаружи поверхности стеклянной трубки; 2) разработка модели механизма развития разряда УПГ с ед инственным ГО; 3) исследование возможности реализации свойств разряда УПГ в различных технологических процессах

Для этого в работе решаются следующие конкретные задачи:

1.Устанавливаются границы существования разряда УПГ (в координатах давления газа и амютпуды импульсного потенциала на ГО, <рп(р)), возбуждаемого в разреженном газе внутри цилиндрических металлических трубок, юти в длинных стеклянных трубках с единственным покрышем-элаародом (ГО), размещаемом на внешней поверхности этих трубок

2.№следуется влияние параметров возбуждения разряда (давления газа р, амщшуды <ри и длительности импульса потенциала на ПЭ, гоюцщш ГО, радиуса г, трубки) на геометрию и размеры (К^) области свечения (ОС) газа непосредственно под поверхностно ПЭ.

3.Устанаапиваеггся связь между объемом У^ ОС свечения шза непосредственно под поверхностью ПЭ и объемом свободного объемного заряда (ООЗа), появляющегося в объеме газа вне ПЭ.

^Устанавливается зависимость скорости и протяженности продольного перемещения СОЗов от параметров возбуждения разряда

^.Устанавливается закономерность в изменении размеров объема СОЗов при их продольном движении по объему газа внутри трубки.

б.Ихзкдуютсяхаргп'сгеристики излучения импульсного элааричесхаго поля

товерхносшо объема с разрядом УПГ.

7.Ихэтедуется частотный спектр и интенсивность акустических колгбаний, гозбуждэемыхв объёме газа с разрядом УПГ; его связь с процессом формировали пространственного заряда под поверхностью ПЭ и движением ООЗов по обь-з^сугаза

8. Разрабатывается теоретическая модель развития разряда УПГ, использую-дая представление о проникновении квшипотёнцИального электрического поля ТЭ в изолированную от него разреженную газовую среду.

^Устанавливается возможность использования излучагельных свойств разряда УПГ в различных технологических процессах, в' том числе^ при получеши голупроводюпсовыхматериашв, при интенсификации сгорания углеводородных соплив, при исследовании физических явлений в поверхностном слое металла три его гоизмеиной обработке, а также при исследовании влияния излучения поверхностью объема с разрядом УПГ на процесс прорастания семян.

Методы исследования феномена УПГ определялись лабораторными ус-ювиями проведения экспериментов с газовым разрядом и высоковольтным им-хупьсным напряжения*. Импульсные электрические поля и заряды, излучаемые >бьемом разряда УПГ, исследовались с помопдаю электрических зондов различий геометрии и размеров, располагаемых как внутри объема с разрядом УПГ, нк и непосредственно на поверхности его объема, а также на различных рациаль-1ых удалениях от этой поверхности. Изменения формы сигналов с оптических, кусшческих и электрических датчиков, их величина и временные характери-ггики исследовались с помощью многоканальных осциллографов. Матемашче-жий анализ полученных эксперимегггальных результатов, просчет теоретических лодежй разряда проводился с использованием компьютера Достоверность >ассмн1риваемого меканизмв развитая разряда проверялась сравнением результатов экспериментов и соответствующих расчетов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Экспериментапыюе обнаружение явления униполярного пробоя газа УПГ), возбуждаемого:

- внутри объемов со сшюшными цилиндрическими металлическими сгенка-«I, выполняющими роль единственного электрода;

- в объемах длинных (>4 м) стеклянных трубок при размещении единств ен-гого покрытия-электрода (ПЭ) с высоковольтным импульсным потенциалам снаружи трубки:

2. Установление скачкообразного характера проникновения электрического оля в объем газа под цилиндрическим ПЭ.

3. Результаты исследований по обнаружению в области низких (для разряда ТГ) давлений газа периодического характера зависимости между изменениями мкостого заряда на поверхности ПЭ, объемом области свечения (ОСТ) газа под гей поверхностью и объемом свободного пространственного заряда (ООЗа), ггижение которого по объему газа формирует общую протяженностью разряда

/т7г

4. Результаты исследований разряда УПГ по генерированию за дгапелшоспь одного импульса потенциагн на ПЭ нескшысих ("пачки") последовательно возникающих СОСЗов, смещаемых в продольном напрашкнш объема газа

З.Результазы исследования механизма самораспространения разряда УПГ.

6. Результаты исследования излучательных свойств объема с разрядом УПГ.

7. Разработка теоретической модели механизма проникновения электрического поля в разреженную газовую среду в объемах с цилиндрическими металлическими стенками

8. Модель механизма самораспространения разряда УПГ.

9. Модель механизма непрерывной (за длительность одного импульса) генерации вблизи Ш неосолыок СОЗов.

10. Модель механизма излучательных свойств объема разряда УПГ, основанная на последовательном распаде ООЗов.

Научная новизна и практическая полезность работы состоит в том, что в

ней:

-устанавливается существование нового типа разряда - униполярного пробоя газа (УПГ) с единственным покрьгшем-алгктродом (ПЭ), размещенным снаружи стеклянной стенки длинной (> 4 м) трубки;

-проведаны первыз агстемзяичеосие исследования явлений, сопровождающих пробой газа при подаче импульсного потенциала на единственный изолированный электрод;

-полученньЕ впервые в условиях одноэлзегродного разряда УПГ зависимости между амплитудным значением <ри импульсного потенциала на ПЭ и давлением газа р (зависимосш «?„(/>)- аналога кривых Пшена для 2-х электродных разрядов) позволяют предположить существование единого механизма развития разрядных процессов независимо от наличия или отсутствия непосредственного контакта поверхности электродов с газовой средой, от чиста этих элаородов;

-обнаружен и исследован эффект наведения электрических зарядов в-воздушной и водных средам окружающих объем с разрядом УПГ;

-обнаружен и исследован эффект излучения поверхностью объёма с разрядом УПГ импульсного электрического поля с частотами, отличными от частоты возбуждающих импульсов потенциала;

-обнаружен эффект излучения поверхностью объема разряда УПГ электромагнитного поля в диапазоне коротких и длинных волн;

-впервые для объяснения проникновение поля в объёмы разреженного гн» в замкнутых металлических оболочках цилиндрической геометрии предложено и обосновано рассматривать поверхность ПЭ с импульсным потенциалом на нём в качестве источника квазипотенвдалъного электростатического поля

Методическое значение работы состоит в том, что экшеримаггалшо выявлены условия наблюдения тех эффектов и закономерностей, которые позволяют предложить механизм развития разрядов, основанный:

-на появлении объ&аного заряда электронов в объеме газа под цилиндрическим ГО как результата смещения и размножения первичных (фоновых) электронов в увеличивающемся (за первую половину длительности импульса <ри треугольной формт.1) квазистншчесжом поле ПЭ с последующей лоюэлизаиией

их объёмного заряда в ойгвсти мака шального проникновения этого поля в газ;

-на равенстве пространственных, размеров объемного заряда отришгелшо^ го знака (ООЗа) в начале его движения по объёму газа и объёмом области свечения газа под цилиндрическим ГВ, впервыз устанавливается равенство между размерами объёмного заряда отрицательного знака (ООЗа) в начнлг его д вижения по объёму газа и объёма области свечения газа под цилиндрическим ГВ,

-на появлении вокруг объёмного свободного заряда злааронов (ООЗа) светящейся оболочки го ионизованных и поляризованных полем этого заряда молз-кулгаза;

-на последовательном появлении ООЗов вблизи потенциального элэпрода и их смещении по объему газа, формируемое светящийся столб разряда и сопровождаемое их распадом.

Разработана метод ика управления интенсивностью излучения импульсного электрического и элэаромнпопного поля поверхностью объема разрядом УПГ регулированием процесса одновременного (за длительность г, одного импульса потенциала <ри на ГВ) формирования определенного чист ООЗов.

Разработана и проверена на практике метод ика использования юлучатель-ных свойств разряда УПГ в различных техналэтчеасих процессах, проходящих через газовую (паровую) фазу, в частности, в технологии получения полупроводниковых материншв. Определены услэвия интенсификации процесса горения углеводородных топлив излучением разряда УПГ. Обн^эужеио и исслг-довнно влияние изучения разряда УПГ на биагогачесжие обьеюы, в частности, разработана методика управляющего воздействия на процесс прорастания семян; разработаны и проверены на практике устройства для контроля за состоянием водных растворов, промышленных и бытовых стоков, использующих иалучателшье свойства разряда УПГ.

Апробация работы Результаты работы докладывались на следующих конфершщшх, совещаниях и симпозиумах 8 Всесоюзное совещание по квантовой акустике и акустоэлжтрсюике (Ккзань, 1974); 4 Всесоюзная конференция по низкотемпературной гашме (Киев, 1975); №учно-1фаюичесасая конференция по внедрению достижений науки в производство (Душанбе!,1975); 16 Межреспубликанская конференция по применению упьтраакусгики (Еилыпос, 1976); Intern. Regional Conf. of the Countries of the Middle Asia on LP Sound Diagnostics (Tashkent, 1976); Научно-практическая конференция по использованию щуки в народном хозяйстве (Душанбе, 1976); 10 Всесоюзная конференция по квантовой акустике и зкустоэляаронике (Ташкент, 1978); 3 Всесоюзная конференция но физике газового разряда (Катет, 1986); 4 Всесоюзная конференция по термодинамике и материаловедению (Мосзсва, 1989), Республиканская конференция по физико-химическим основам получения и исследования полупроводниковых материалов (Куляб,Таджикистан, 1989); 8 Всесоюзное координационное совещание "Материаловедение полупроводниковых соединений группы А7В5 (Черновцы; 1990); 2-я Всеооюонвя конференция да фотоэлектрическим явлениям в полупровод пжах( Ашхабад, 1991); 8-я Всесоюзная конференция по физике шпкотемпе-

ратурной пшамы (Минск, 1991); 6-я Всесоюзная конференция по взаимодействшс электромагнитных излучений с плазмой (Душанбе, 1991); Всесоюзный семинар "Нелинейные СВЧ явления в полупроводниках и полупроводниковых структура> и проблемы их применения в электронике СВЧ (Нзвои, 1991); Всесоюзна* конференция " Структурно - д инамические процессы в неупорвдочных средах" (Самарканд,. 1992); Республиканская конференция по новым технологиям i вопросе о^эаны окружакхцей среди (Душанбе,1993); 1-я международная научна$ конференция "Нэвыг материалы и приборы" (Ташкент,1994); Научно-практическая конференция преподавателей и специалистов Таджикского техни ческого университета (Душанбе;, 1994); J-Ьучно-мегодичеасая конференция преподавателе и сотрудников Технологического университета Таджикистана (Душанбе, 1994); Intern. Congress " Water Ecología and Technologia" (BCWATEC-96 Mjscow, 1996); МЬждунгродная конференция 'Плазма, XX в" (ФНЩ-9% ГЬтроза водсх, 1998); Fifth European Conf. on Thermal Hasma Processes (TPP-5, St Petersburg, 1998); XXIV Int. Conference on Phenomena in Ionizsd Gases (Warsaw Poland, 1999); I Всероссийская конференция 'Молекулярная физика неравновес ных систем" (№аново, 1999); Электронная версия в Интернете 8 школы по плаз мохимии РФ и стран СНГ (№аново, 1999); II Всероссийская конференции "Мэлжулярная физика неравновесных систем" (ИЬаново, 2000).

Материалы диссертационной работы обсуждались также на общемоасовсзаг семинарах в ЮФАНг (руководитель семинара А А Рухапзе), в ИПМ РАН (руко водитель семинара Ю.П Райзер), в Звкетротехническом институте им Ш' Ленина (руководитель семинара Ю.А Ковашнко) и в йгсгапуте нефтехимиче сзсого синтеза РАН (руководитель семинара Ю.А Лебедев).

Публикации. ГЬ теме диссертации опубликовано 64 работы, в том чисж 3' статей, 23 тезиса докладов на конференциях, 2 авторских свидетельства на изо бретения и од ин патент.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, общих вы водов и заключения, списка использованной литературы го 310 наименований содержит 352 страниц, 165 рисунков и схем, 25 таблиц

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована тема диссертации, обоснована ее вгауалшосп д ана краткая аннотация ее результатов и положений, выносимых на защиту.

В первой главе диссертации анализируются результаты исследований мега нгамов развития известных разрядных процессов, имеющее общие свойства : проявления с импульсным разрядом униполярного пробоя газа (УПГ); рахмнгр* ваготся отличия феноменологии разряда УПГ от известных разрядных процессор Особенностью исследуемого разряда является способ его возбужпени [18]: импульсы вькоковолыного (<7 кВ) потенциала одной полярности (<р:,м с такой частотой (<,1кГц) их следования поступают на единственное покрь тие-элжтрод (ПЭ), размещенный на наружной поверхности стеклянной трубки разреженным газом. ПЭ может при этом закрывать (экранировать) или всю Tpyí ку, или часть ее, или располагаться на одном из концов трубки длиной боже 4-х

метров.

Для формирования продольной структуры свечения газа, подобной в тлзо-щем разряде;, необходимы [19, с.293;3,с.318] элястрод» эмитирующий электроны, и межэлзстродное продольное поле. В разряде УПГ отсутствует и то, и другое, но наблюдается [1] точно такая же структура свечения газа вблизи ПЭ.

Возбуждение разряда УПГ через ПЭ цилиндрической геометрии, размещенный на внешней поверхности стеклянной стенки трубки, обнаружило такие же изменения в области свечения (ОС) газа непосредственно под поверхностью ПЭ, какие происходят в нормальном тлехсщем разряде (НГР) с токовым пятном на поверхности катода Эксперименты показали, что при постоянном давлении газа р ОС расширяется от одного конца ПЭ к другому пропорционально росту амплитуды <рп и длительности импульсов потенциаш на ПЭ, удаление границ ОС от внутренней поверхности стенки трубки остается при этом постоянным Уменыдение р увеличивало и это удаление, и оптическую толщину всей ОС.

В НГР плотность токв ] с поверхности катода при изменении /р (но при постоянном давлении газа р ) остается постоянной; соответственно / = ;г меняется только шюпщда токового пятна 5П, которая при большой величине разрядного тока /р ограничивается размерами катода Применение в разряде УПГ цилиндрических ПЭ различной длины 1ПЭ (различной пгошади их поверхности - гщ х/пэ) позволит» устранить ограничение размеров ОС (которая в разряде УПГ играет роль токового пятна) гаюшадью £пз Ш и проверить зависимость между ними во всем диапазоне давления, при котором существует разряд УПГ.

Классическую теорию пробоя газа [23-25], в которой условие N¿1 £ Ю19см "г ограничивает длину разрядного промежутка <1 и концентрацию N атомов и молекул газа (или его давление р ), нельзя применить к разряду УПГ, длина светящегося столба газа которого может быль болге 4 м [1].

Стримерный пробой газа [7], также как и разряд УПГ, не зависит от наличия омйтирукжцего электрода, т.е. не зависит от процесса изначального рождения элеюронов,- они появляются при вторичных процессах в объеме газа, в процессе развития самого стримера Цзи этом предполагается [27], что стримерный разряд может начинаться толысо одним фоновым электроном [26-28], малая концентрация которых {пю ~ (10г +103 )см г) всегда присутствует в газовой (воздушной) среде. Кроме того, первичные электроны, дающие начат электронным лавинам, возникают и в результате разрушения пороговым эластрическим полем отрицательных ионов, концентрация которых оценивается [2,28] в п, » ю'ои-1. Предполагается. 11-го стримерный проводящий канал возникает [28] в результате ударной ионизации газа в элзсгрическом пола, создаваемом пространственным зарядом движущейся головки стримера

В [5,29,31] за развитие одноэлектродного разряда (а по числу элеюродов разряд УПГ является одноэлектродным) предлагалось считать ответственным процесс распространения по всей длине трубки постоянного потенциаш (волны постоянного градиента потенциала). Противоречивость такого представления по-'

казана в [32,33]: ионизационные волны затухают по мере удаления от возбуждающего элаорода, а шблкдаомьй профиль разряда УПГ [1,11] (и не только его [34]) имеет переменную коническую форму.

Возникновению волн ионизации [31-34], "ионизукжхдах волн градиента потенциала" способствует [35-37] быстрое изменение потенциала одного из электродов разрядного промежутка, причем появление таких волн является необходимым условием для завершения электрического пробоя Формирование и распространение разряда УПГ в объеме трубки также происходит без предварительной ионизации газа и на передаем фронте импульсного потенциала на единственном ПЭ. Волна же потеыцишв, регастрщэуемая на поверхности трубки, появляется в результате движения внутри нее пространственно-локализованного объемного свободного заряда (С08а) только одного (отрицательного) знака

Скорости распространения фронта разряда УПГ [1], волны потенциала и сопровождающих их локальных областей свечения газа пропорциональны скорости изменения датетциага электрода [38], полярность которого влияет одинаково и на величину скорости волны [39], и на скорость распространения фронта разряда УПГ [1,18]. При этом зависимости от плотности газа //г скорости распространения разряда УПГ [1] и скорости распространения исиизукпщх волн градиента потенциала (пробойных волн) немонотонны [4] и имеют в обоих случаях максимум в области Мг = 2-Ю" + 2- 10"с«~3. Пэтенциаяна фронте волны спадает по мере ее удалении от потшциалшого электрода Тоже самое наблюдается и в разряде УПГ [11]. Максимумы скорости перемещения пробойной волны и скорости распространения разряда УПГ наблюдаются практически при одинаковых отношениях Фц/Ропт ■

Ш фронте волны газ сильно возбуждается [4,36,40,41]. Для пробойной волны; распространяющейся с большой скоростью без предварительной ионизации газа, распределение продольного электрического поля <ЕХ> приобретает форму уединенной волны, что позволило [б] дать ей название "солитон поля", Е-солитон. Гудение напряжения на Е-солгаоке близко к напряжению на потенциальном электроде.

Анализ результатов экспериментальных исследований разрядных процессов, проведенный в первой главе, позволяет сделать вывод , что каждый га трех механизмов пробоя (таунсевдовский - лавинное размножение электронов, стример-ный и ионизирующими волнами градиента потенциала) может развиваться самостоятельно, независимо друг от друга При этом стримеры [5,33,36] и волна градиента потенциала обладают способностью распространяться в область сшбого поля, т.е. обвдаюг тем же свойством самораспространения, что и разряд УПГ в отсутствии второго электрода [4].

Во второй главе при рассмотрении результатов экспериментального исследования разряда УПГ основное внимание обращается на различные способы возбуждения этого разряда при сохранении его основной особенности: еяшет-

л - u - '

венный элжтрод-покрыше (ПЭ), размещенный снаружи стеклянной трубки с разреженным газом.

Исследования [42,43] показали, что ход зависимостей <р,{р) для трубок всех радиусов, заполненных только воздухом, практически не отличался от таких же зависимостей для смеси воздух-аргон. ГЬрогу пробоя на кривой зависимости <р,(р) по максимуму потенциала и давлению газа соответствует кольцевая (в сечении трубки) геометрия области свечения (ОС) газа (рис 1), оптическая толщина которой с уменьшением давления увеличивалась в осевом направлении трубки до превращения ее в светящийся круг, с его максимальной гстотщдкю, близкой к сечению трубки. Эксперименты показали также; что огпимальному давлению газа рот (самая нижняя точка зависимости д>,(р), при $£**), соответствует максимальный объем Vpo ОС и ее максимальное сечение под поверхностно ПЭ.

Цзи Рот продольная геометрия ОС под ПЭ имела форму стшэшного осе-стмметричного светящегося цилиндра с его максимальной длиной, равной длине ПЭ. Уменьшение амплитуды импульсов <р, на Ш приводила сначала к разрыву светящейся цилиндрической ОС по ее середине, а затем - к послгдугацему укорачиванию 2-х возникших иилиндрттческих светящихся областей по направлению к торцевым кромкам ПЭ, рис.1. Цш одних и тех же параметрах возбуждения разряда УПГ (давлении газа р, амплитуды импульсного потенциала <рл на ПЭ и одинаковой гоюшаци ПЭ), объем V^ ОС под поверхностью ПЭ в трубках разных радиусов (г, =5.0, 8.0,9.5 и 12 мм) оставался практически одним и тем же; между rt и длиной ОС под ПЭ выполнялось соотношение /<*.- г,"2.

d е

21 24 2.7 3.0 3.3 З.б 3.9 А.2 <Р„, t<H Рис.1. Изменаше геометрш (вечешш газа по сечению и длине объема под поверхностью сплошного цилиндрического покрьпия-элзарояв;ртдауструбки г, =lo.i«u, длина- 1бОлш,воздух

Рис.2. Изменение объема заряженного образоваши при его смещения в объеме газа трубки и ооответствугацего потенциала на ее поверхности; в верхней части рисунка - пример наблюдения 2 и 4 заряженных свеппщися образований при их совместном движении по объему трубки.

Цш отсутствии в организации разряда УПГ катода, эмитирующего электроны, и продольного поля, разгоняющего эти электроны, структура свечения i приторцеяой части объема и соответствующее ей продольное распределение i интенсивности излучения определялись [1] только давлением газа и знаком им ' пульсов <ри на ПЭ и были аналогичны подобному распределению и структур« свечения для катодной или анодной частям тлеющего разряда (в зависимости от знака (Р;,).

Обнаружено [45,.46] явление генерации за дтгхелшость t„ одного импульс; <рИ нескольких ("пачки ") светящихся заряженных (отридатеяшого знака) образовалий, движущихся по объему газа трубки от ПЭ, рис.2 йс чисто увеличивалось с ростом <р„ и f,, а также с уменьшением пгощади Sm щливдричехзсогс ПЭ (за счет изменения его длины при <ри и t,- const). Экетеримешалшс регистрировалось [11,12] последовательное уменьшение объемов заряженные образований V„ по мере их удалгния от ПЭ. Установлено [1,12], что свечетн. газа на длине разряда lf появляется вслед движению светящихся объемных заряженных образовании, начинаясь всегда от ПЭ с высоковольтным импупьсиым потенциалом <рИ, независимо от знака этого потенциала.

Для одного радиуса трубки максимальная протяженность lt объема разряж УПГ зависела [1,11] от трех основных параметров его возбуждения (рис.3); давления газа р, амплитуды импульсов потенциала рИ и полярности этих импульсов (%(-).Рим)- П?*1 Фнм макаагумы в /Р приходились дадавлэше, большее на порядок величины (0.2+ 0.3 Тора), чем при импульсах (210-J+7iaJ Тор).

Экспериментами с изменением гоюшади Sas Ш устанавливалось [11], что при постоянной (и максимальной) величине <рн да ПЭ, /г ~ Sn3\ причем при максимальном lf каждому определенному значению Sn3 соответствовало свое максимальное значение <рЛ. Экатеримопы показали также [43,44], что 1Г пропорциональна объему ОС под поверхностью ПЭ при любой его геометрии и радиусе трубки г{.

ттттт-i——1-1—I >114»-r—1—I I I I II I-1-I I I I 11 11

10"2 10"1 1,0 P,T0P

£ м/ С

L ' ""I I I Mini-1 . ......I I ■ . , |,,||

10 - IQ'1 iO° ¿o

p, Top

ïic.3. Зависимость протяженности LT разрдпа УПГ и скорости его зснрсстранения Зг от основных параметров разряда давления газа р, лплитуцы и знака импульсного нота шпала на ГТЭ ( ), j )

Стационарный характер излучения светящегося столба разряда УПГ обуславливается [46] большой (гш г 10'2 с) длительностью свечения газа в объеме д вижущихся заряженных образований (большей на порядок два временного интервала между импульсами <ри) и такой же большой длительностью послгсвече-ния газа после прохождения этих образований. Характер этого излучения определялся давлением газа р, а также размером светящихся образований, уменьшающимся по мере их удаления от ПЭ. Tipa уменьшении р (но при <рИ -const) из свечения последовательно исчезает излучение ионизованных молекул 02, СО. СО2, Н2О. № границе существования разряда по минимуму давления -(4 +7} 10 Тор - высвечивается [1,12] система Ангстрема для молекул СО и первая положительная система для N2 (переход С'П-ВРГТ) с минималышми для компонент воздуха потенциашми возбуждения - 6.0 и 6,1 В, соответственно.

Измерения показали [1,11,12], рис.2, что максимумы в скорости Sf раатро-спранения разряда УПГ (при -=€,5 кВ - я м/с, при <p„M-3v= 3-10s м/с) приходились на тот же диапазон давлений, что и максимумы в протяженности разряда.

В третьей главе диссертации рассматриваются результаты исследования основной особенности разряда УПГ - шлучатеяъных свойств объема этого разряда, наличие которых обеспечивает широкий спектр обгвстей его практического применения.

Иэслздования показали [1,11-15,44,45], что источниками ташульстюго электрического поля и акустических колебаний широкого спектра частот, излучаемых поверхностью объема с разрядом УПГ, являются отрицательно заряженнью области повышенной интенсивности свечения (ОС), возникающие возлз ГО и перемещающиеся по объему газа трубки.

Зондовые [11-15,46] исследования радиального злжтричеасого поля Д. вокруг объемов с разрядом УПГ показали, что на ход зависимостей ВТ(г) оказывают влияние длина L3 кэлучакхцего участка этой поверхности и ее соотнесение с длиной ¡ос заряженной ОС, движущейся внутри трубки выполнении равенства ¡ж <.L3 = lrt отрицательный показатель степени в зависимости 2?, (г) близок к 2 ( В, ~ гг). Пэсжяовзкшшое увеличение 1а до 800 мм уменьшало показатель при г до 0.92. Уменьшение радиуса зондов - их гшошдвд до S3 = = да;2 -приближаю этот показатель к 2, рис.4.

Излучение непосредственно на поверхности трубки фиксировалось в качестве волны поверхностного потенциала, появляющейся одновременно со светящимся заряженным образованием в объеме трубки и сопровождающим его продольное движение {-Ьслздования злжтричеасими зондами [11,12] четко фиксировали пространственные границы движущейся волны потенциала, которые совпадали с оптическими границами светящегося заряженного образования, движущегося в объеме газа трубки, рис. 2,3.

7", СМ

Рис.4. Изменение поля пространства В, в радиальном накрав лаши от поверхности трубки с разрядом в зависимости от длины Ь, излучакгцей поверхности, плэшдци 5, плэасих круглых зовдов, полярности (рм,<рг)) импульсов потенциала на ПЭ и давлгния гша р в объеме разряда; а -<ри) = 6.0кВ,р = 0.2Тор,3, = 6.1бЮЛи\ 1г[мм): 1-30(Я„ -г""'), 2-80(Я, ~Г13), 3 -210( В, ~г"'*), 4-410(В, ~г"'"), 5-800(Я, ~/,"<");б- , -6.йкВ,р = 0.08Тор, 6,8-5, = и? ,1,9 -Я, и1 , -г"11);7-(Яг ~г-");8-<*,-/-");

Уменьшение частоты (с 1 кГц до 40 Гц) импульсов постоянной амплитуды <р,л (при сохранении постоянной длительности этих импульсов) позволило обнаружить следующее; лриэлжгродная структура свечения вблизи ГТЭ формируется на переднем фронте (за ) единичного импульса, если его длительность /„(¿/#) и амплитудам достаточны для этого формирования.

Эксперименты с воздействием на ПЭ импульсного потенциала с разнополяр-ными периодами изменения в <рп обнаружили [47] отсутствие влияния на структуру свечения разряда второго полупериода импульса, если длительность первого полупериода о.и. г .

Спектр акустических частот, возбуждаемых в объеме газа с разрядом УГТ, определялся выражением = Здесь - радиальное уда-

ление центральной, наиболее интенсивной по излучению, кольцевой области свечения под ПЭ [42 ], - скорость звука в газе при его температуре; п-ый корень производной функции Бесселя ш-го порядка В области низких давлений, когда геометрия ОС в сечении трубки под поверхностно цилиндрического ПЭ из кольцевой трансформировалась в круговую, частоты радиальных колебаний менялись на /к = Ад !гт, гае - радиус приосевой обгасот свечения, рис. 1.

ГЪрепацы давламя в продольных низкочастотных звуковых колебаниях, раафостранякщихся по всему объему разряд ной трубки, имели порядок величины • стационарного д авления пса Ери торцевом ГО их частоты повторяли или частоту поступления импульсов <рк на ПЭ, или частоту формирования возле ГО заряженных светящихся образований в одной их "Пачке' за г,. Гри цилиндрической геометрии ПЭ на частоту импульсов /и накладывались частоты, появление которых обуславливалось геометрией и расположением ПЭ, давлением газа: колзбания с частотой = Лпэ, - если ОС занимала всю длину объема газа под поверхностью ПЭ, т.е. при ¡ос = 1т', и колебания с частотой /10СГ = ^//ос, - при 1ос<1пэ- Гри большой амплитуде импульсов р„ ( 2 5.5 кВ) и при совпадении длительности единичного импульса г, с временем прохождения звуковой волны под поверхностно ПЭ, происходила раскачка сильных резонансных колебаний с частотой = = Нпз. Возбуждались и радиальные частоты определяемые радиальной локализацией ОС под ПЭ, задаваемой, в свою очередь, давлением газа зависимостями и гт от р, которые проявляли себя при формировании ОС под ПЭ.

Проведенные исследования показали, что электрические заряды одного знака со знаком импульсного потенциала наводятся не только те поверхности трубки с объемом разряда УПГ в газовой (воздушной) среде, контактирующей с этой поверхностью, но и в объемах водных проводящих растворов. В экспериментах трубка с возбужденным в ней разрядом УПГ погружаюсь на определенную глубину в од ин го цилиндрических сосудов с 1% раствором Относительно поверхности раствора во втором сосуде, соединенным с первым длинным (» 4м) резиновым шлангом, перемешался на высоту Л3 пгоский металлический зона. ГЬ падению напряжения <р, на нем рассчитывался заряд <?,, стекающий током/, с зонда на заземлгнный контур. Установлена пропорциональная зависимость величины заряда , снимаемого зондом с поверхности раствора во втором сосуде, отплэщади зонда 5,, от глубины (Ь) погружения трубки с разрядом в первом сосуде. Гри удалении зонда на А, от поверхности раствора во втором сосуде величина наводимого на зонде заряда q3 изменядась в зависимости, близкой к ч3~ И?.

В четвертой главе диссертации да основе анализа результатов экспериментальных работ по УПГ и анализа применимости к их объяснению известных теорий разрядных процессов предлагается модель механизма развития разряд а УПГ с единственным электродом, размещенным да наружной, внешней поверхности трубки с разреженным газом

Гри рассмотрении механизма развития разряда УПГ предполагается (как это сделано, например, и в работах Ю.П Райзера, Дж. Мика Дж. Крэгса и других авторов [2,0.316^3,27,28,40,41]), что первичны» 'Справочные" эжктроны всегда присутствуют в воздушной среде: в нормальных условиях воздушной атмосферы за фон слабой эягктронной концентрации (порядка 1021/см3) ответственно косми-

ческое излучение. К этому фону добавляются элеюроны, освобождающиеся при разрушении элэстричеашм полем пробойной величины отрицательных ионов (в основном - киоюрода). Созданная таким образом суммарная концентрация первичных, фоновыхэлектронов оценивается [50] в л, и lo^l/ew*.

Пропорциональная зависимость [1,11] между потенциалом <р„ на ГВ и характеристиками разряда УПГ, рис.2, предполагает такую же связь между <р„ и зарядом qm поверхности ПЭ через коэффициент пропорциональности Ст, представляющий собой постоянную емкость ПЭ в качестве уединенного проводника, определяемую его геометрией. Г^зи этом в любой момент длительности t, импульса д>и полевой характер распределения заряда qm = Cns <рп по поверхности $т ПЭ позволяет рассматривать поле Ет в качестве элекфосгашческого (Ens = спз (Рт^га г,), которое при удалении от кромок Ш на х уменыпа-

втся ~(l/*J). При этом глубина X, его проникновения в разреженный газ повторяет изменение импульса <ри за его длительность г, и характеризуется таким уменьшением псшя Ято, 15м котором скорость 3,, сооб-азаемая электроном этим уменылакздамся полем (3, =0.5^(е/т)Ёт= = [2еф( /mfp), сравнивается с тешговой скоростью молекул газа, приравниваемой в эасчетахк скорости звука = =0x^Y* (х- Ср/Су - показатель адиабаты). Г£и греугальной форме импульса <рк и Епэ, и Хя максимальны при амплитудном ¡качении д>„, т.е. в момент времени t = 0.5f..

В разряде УПГ с цилиндрическим ПЭ радиальное проникновение поля Ев ■шовыЙ объем рассматривается как последовательное радиальное смещение f?poma этого поля от кромок ПЭ, сопровождаемое вовлечением ('Захватом'в iTO смещение фоновых, первичных электронов. случайная (относительно ¡яутренней поверхности стенки трубки) локализация является причиной того, гго на максимальном (Лг irt, за 0.5f,) радиальном проникновении поля Епэ в >бьем газа, скорость <3,, достаточную для ионизации его молекул; успевают [риобрести только те электроны, которью имели возможность сместиться в поле ?пэ на максимальное расстояние своего бессталкновительного пробега /,, опре-[еляемом плотностью молекул газа, когда поле Ет на удалении I, от стенки рубки уменьшилось не более, чем до Е, = щ ¡1, (<г>, - потенциал ионизации моле-улгаза). В расчетах квадрашчный закон изменения поля Епэ по мере его здале-ия от ПЭ учитывается коэффициентом s2/(s+it)(s- толщина стенки трубки). Зрлиндричесхая геометрия ПЭ требует введения еще одного коэффициента i{rt ~ h )» который учитывая соотношение между размерами радиуса трубки г, смещением /,, задает границы существования разряда УПГ по минимуму дав-ения;

rrvx~1T=T> когт r'=i-[ä+ij Г,-К К

Это же выражение залает и минимальное значение а также необходимое для ионизации газа соотношение между: амплитудой импульсного потенциала <рн. и шютпипноГВ

(рис.5).

Во всех экспериментах с "УЛГ удаление ¡х от внутренней поверхности стенки трубки обшсти максимальной интенсивности излучения из ОС под ПЭ (области максимальной плотности негативов на фотопленке) ~р~': Цзи этом расстояние 1„ количественно совпадает (с учетом 2-х выше названных коэффициентов) со средним пробегом 1, злэоронов при среднем расстоянии между молаку-:еми /,. Гфи расчете использовашаь соотношение между и I, (!, = 4->/2 СЛ), продвигаемое теоретической моделью столкновений упругих шаре® [например,51,с.39, 52,с.82], в которой электрон рассматривается частицей с нулевым радиусом.

Потенциалы ионизации воздупшой смеси газов: 0,-12.4 5, С02 -13.8 В и ■И»-15.&В, т.е. порогсвечошяв разрядеУПГ определяетсявозможностыоиони-зации молекул кислород а электронами, которые за 0.5?, успели сместится полем Еп, на расстояние I, = щ 1Ет, приобретая при этом энергию е<р,= 12.4 эВ. В радиальном направлении объема газа развитие эласгронной лавины происходит в область меньшего шля, Ега~ х'1, поэтому на некотором расстоянии л, от внутренней поверхности ПЭ величины

Ет становится уже недостаточной, чтобы сообщить появившимся вторичным эляоронам энергию, необходимую для новых актов ионизации. Во втором полупериоде импульса <р„ (треугольной формы) радиальное смещение злэоронов от ПЭ прекращается, их скорость 9, сравнивается с тепловой скоростью атомов газа Размноженные эакгароны оказываются при этом локализованы в разреженном газе вне сферы действия на них каких-либо полей, кроме сип кулановского отталкивания между ними, которое уравновешивается отталкивающим действием на них элаоронных обсиючеж молжул газа В результате этого в локальной области межпу молгкулами газа на расстоянии в Д, = 7, ¡&ж) от ПЭ в объеме появляется объемный заряд 0 терма- • лизовзнных алзаронов (края их потенциальной ямы соответствуют температуре газа), размноженных в одной радиальной лавине. Ионы, появившиеся при этом, оказываются в обшсти пространства с противоположным воздействием на них квазисгашЧеских псоей Бд зерядов 2, и поля ГО Бт, т.е. элэароны обстоятельствами своего появления разделены с ионами. В силу этого заряды й являются зарядами свободных, пространственно локализованных в объемах электронов.

Г£>и разрежении газа в замкнутом объеме трубки объем У^ пространства соотнесенный с одной молекузюй, увеличивается ~ :

" 3

" * л

к. 1

/

_ *г

(за радиус этого обьшз принято расстояние в 0.5 длины среднего пробега молекул /„, (~р"'). Появление за = (^ - сголкновшелчгая частота молекул газа) заряда 2, между молекулами разреженного газа не только ограничивает их свободный пробег, но и фиксирует их числа вокруг этого заряда До его появления таких молекул в едином для них объеме УИкр [56 , а 94-99] было N=У/г*г !у*г ~ 27 ( Радиус объема У^ одной молекулы ^ - (1^/2), радиус общего для этих молекул сферического объема г*, = 3^/2 ]). Завершение формирования заряда й проявляет себя в появлении электростатического поля этого заряда Еа = д, /4як0/£ = ¡¡^, в ударной ионюации этим полем ближайших к заряду в, 27-ми молекул газа и в их последующим движении в качестве ионов в направлении этого заряда При этом кажд ая из молекул, смещенных к границе заряда б, и в состоянии максимально гоюшсй для них упаковки 4иксиругацих его пространственный объем У&, занимает не максимальный для нее объем У^, а объем УмТ ятИГ/р, достаточный для сохранения ее тепловой энергии тЯТ (соответсгвугадей уравнению состояния идеального газа и возможности его применения в условиях экспериментов с УПГ)- Объемы ГяГ и = я?4 /б равны между собой толысо при р = 760 Тор; на границе существования разряда УПГ по максимуму давления (-10 Тор) различие между ними на 3 порядка величины; а по минимуму давления - на 11 порядков, т.е. объемом У0х, вакантным для его заполнения зарядом 2,, является практически весь объем ^=271^ с его радиусом ГИ = Г^ = (3 ■ 27К„ ¡4г.}", т.е. Уа я 27У„ =(9/2) .

За Гщ = к границам заряда д, успевают сместиться толысо 27 ближайших к нему ионизованных молжул газа Для создания же всей обошчкй из таких молекул потребуется время г„ =^(У^/УтТ). Очевидно, что при У^ » УщТ и большом числе одновременно появившихся зарядов процесс создания вокруг каждого из них оболочек из ионизованных молекул ограничивается или ихобшим чистом вблизи ГВ (давлением газа р ), или длительностью tí^ импульсного потенциала д?и на ПЭ (при ги <гот). С ростом толщины оболочки к ионизованным молекулам добавляются и возбужденные, и поляризованные полем Ва молекулы газа, создавая плотной упаковкой своих объемов УтТ своеобразный молекулярный кластер [57] - устойчивое светящееся молжупярное образование (МО), с временем его жизни, превышающим на два-три порядка ветчины временной штервалмежзу импульсами <р„ на ГО.

Величина заряда <2, определяется го условия ударной ионизации молекул газа электростатическим полем Е0 - ^ ¡Лгк0г^ = ¡1^ этого заряда, т.е.

=(4^4/^)50,. Цзи гС1=(3/2Хяг 2,

электростатическое поля кромок Ш Л'пэ = <рйСггэ/5'пз^ и глубина его проникновения в объем газа увеличиваются (повторяя изменения <р„ ) от минимального до максимального, коща 1, ¿Л, <;г(. Увеличивается при этом (-х-3) и чисто сметаемых пошм элзпронов, и скорость 5, = ф//л)£пз, их смещения в пош .

Цоинчжчесжвя геометрия сплошного ГО накладывает ограничения на область минимального давления газа, в границах которой еще может существовал, разряд УПГ: это обшсгь давления, когда при его уменьшении в шюскости кромок ГО выполняется сначала условие Х,=г,, а затем-и = Рис.5

<РцЭ I = <Р„Спэ/5Пэе0 = ^ЩЯ1^

пэ Рис.5.

Использование щишщтческой геометрии ПЭ позволяет получил» соотно-шжие, устанавливающее связь между количеством единичных зарядов 2, (или МО), наводимых полем Ею под поверхностью ПЭ, давлением газа р и амплгау-Дсй <рп импульсного потенциаш на ПЭ.

ЛЬшгаем, что за начальную стадию развили разряда УПГ ответственны торцевьв тфомки ПЭ (на это указывают практически все провеяеннью эксперимент), т.е в случае далшшричеасого ПЭ первоначальное наведение зарядов 2, . (и возникновение вокруг них МО) происходит вблизи сечения объема газа, проходящего через торцевые кромки ПЭ. В этих обстоятельствах на глубине Л„ проникновения в газ паля Еп, может одновременно появиться

зарядов 0,, рис.б. Пэсвдукщая ударная ионизация молекул газа электростатическим псшм ё№ приводах к появлению электронов и к их размножению в 1фоцессе смещения от кромок ПЭ в объем газа под поверхностью ПЭ. При отрицательном погепциаш внутрезшей поверхности стенки трубки под ПЭ смещение

- LI -

О

ЖЖЙХХЖ

MJÈJL

а â-îseêèe

соэ ы,в"Ы±

(Дг +

0«

F а 1 ße

оз = "¡--Г

»(-),кВ

4.5

5.75

3.0

225

-.Ь,с

|5 I I I i I ' I » * ■ » I "I I I 1 I i_I I 1 i i_I_1_i-1_1_|_L1—

о. 1 Z 3 4 3 8 7 6 1.0 8 34567 p.îop

{ООО ! h

/ ;

\ ; / 'i ___

M у У / h i

* St-T**'

••

Pire. 7.

размножаемых электронов происходи паралжльно этой поверхности. На расстоянии в Л„ = 1, ДЖ ог сечения кромок ПЗ происходит термализация кав©^ денных электронов и появление новых з^эядов &, но уже в объеме таза под поверхностью ГО. Развитие этого процесса и наведение суммарного ) количе-ста зарядов 2, (и МО) зависит от амплитуды импульсного потенциала на ГО, которая соответствует работе импульсного источника еи - М,, <21 д>и. В эксперименте наведение зарядов (.>, и появление вокруг них МО проявляется в наблкще-нии под ГО области свечения (ОС) с ее протяженностью Щэи 1х = 1т

общее (Мг1) количество зарядов . £>1 (и МО), возникших в объеме газа под ПЗ. представляет собой произведезше из числа этих зарядов, располагаемых в сечении объема трубки под поверхностью ПЭ Я, = гп{т-+гд:), и их числа

= ¡пэ/^а + Уз, наводимых по длине 1Пэ области свечения (ОС) газа под поверхностью ПЗ:

ЬЬличие N,J зарядов 2, в объеме газа под поверхностью ПЭ требует присутствия на его поверхности такого же заряда Mr l Q, и соответствующего ему потенциала <рп:

44) .Здесь

е,=>«</,« Д»*V2T„, 11

№рис.7 приведата зависимость (/>), полученная в эксперименте д ля трех радиусов трубок (2, 3.25 и 10,5 мм) под сплошным металлическим ГО с /ю=16 см, и здесь же показаны результаты расчетов этой же зависимости по приведенному выше выражению для <ра.

В эксперименте с ростом <ptl при р = const увеличивается только протяженность (!¿¡с) области свечения под ГО, представляющая собой максимально пшт-ную упаковку МО, возникших вокруг зарядов q, удаленных от ПЭ на Ла. Если протяженность области свеченияменыне длины ГО Оос<1пэ), тосрос-томамплшуяы на ГО будет увеличиваться ~<ри:

iQA'-O '

4jo и наблюдалось в экспериментах (например, при !пэ ¿10 см, г. = 1 см. р « 0.2 Тора и <ря £ 2 кВ - 2.5 см, повышшие до 6.5 кВ увеличиваю i3C до 7 см). Давление газа р влияет (при г = ¿-ои^;) на ¡^ через зависимость , Л3 отр(~р-').

С приходом на ПЭ очередного импульса потенциала. весь заряд М,, О, го объема газа под поверхностью ПЭ выталкивается полем оставляя там ионы оболочек МО. Электроны этого заряда на выходе тс под ПЭ уходят на стенку, передавая ей свой отрицательный заряд и создавая на ней поверхностную ) плотность этого заряда. Заданность величины заряда Мг, 2, условиями возбуждения разряда УПГ преддашгает его осаждение на определенной шюшади о^. = £>¡N,1 ¡а5 внутренней поверхности стенки трубки, на ее длине = . В отсутствии ионов (оставшихся в объеме газа под ПЭ) отрицательный заряд стенки трубки сохраняется на ней до поступления на ПЭ очередного импульса <рп. Результатом повторения с каждым новым импульсом <рп процесса осаждения электронов да стаже трубки становится возможность появления для очередной пор-вди N,1 зарядов £>1, вытолкнутых полем ¿Гга из-под ПЭ, условий (на расстоянии в Л„ +},) от кромок ПЭ) для пространственно-временной локализации в объеме Уд, ~ Ыг1 на время, достаточное для ударной ионизации молекул газа полем = Ро,1е0 свободного объемного заряда (ОСХЗа) и последующего возникновения из ионизованных, возбужденных и поляризованных молекул светящейся оболочки вокруг заряда которая фиксирует его пространственную локализацию в объеме . Г^ж последующем поступления на ПЭ импульсов взаимодействие между электростатическими полями ёпз и Всз = г1рса/е0 вызовет удаление заряда ООВа от Шна расстояние в ¿Т = гс,\ЦЕ0,/Е?£)> рис.6.

Цэоцесс лосжцовзтелы гого возникновения ССбов и взаимодействие между собой их полей = р<л1га становится причиной их продольного движения по объему газа трубки. При возникновении за один имцульс "дачки" СОвов на фоне их общего смещения от ПЭ со средней скоростью 3= 0.5/м (е/т)Впэ происходит их взаимное '^азбегание" относительно друг друга со скоростью «9^° =[(е!т)ВтЯ<^^', когда у первого го к возникших в панке СОЗов скорость продольного смещения достигает величины 3™ - ЗЦ3 + хк.

Убыль заряда СОЗов при их движении вдоль трубки описывается уравнением непрерывности - (¿Ооз/Л)=^¿Б. Цэи этом уменьшение £от можно представить (при зависимости плотности р^ заряда фа, не только от времени, но и от их координат) и как ~^[дрсв/Л)Лг'=^]<18,1аяш]=ее/5Ва/&. В этом случае интеграл дает заряд выходящий потоком вектора ] в единицу времени наружу из объема через его поверхность 3 в нормалшом к ней направлении. Уменьшение Уа по мфе его удаления от ПЭ происходит уходом заряда из этого объема и завершается его полным устранением на фронте разряда. Последовательное уменьшение объемов Иот (при га<.г,)в экспериментах проявляется в конической форме разряда на фронте его распространения.

Появление вектора / предполагает, что поверхность трубки, под которой проходит растщдэгацийся СОЗ, становится источником электромагнитного поля (V х н = ]+), частота которого определяется столкновительной частотой молжул газа, в которой происходит распад СОЗов.

В пятой главе рассматривается реализация излучательных свойств разряда УПГ в различных областях науки и техники. Отсутствие второго элаорода на противоположном конце трубки с ршрядом позволяет вводить весь его объем, поверхность которого является источником импульсного электрического поля, внутрь любых объемов с протекающими в них химическими реакциями.

Поляризация молекул газообразного диэлектрика под действием на него излучения разряда УПГ используется при непрерывном дистанционном контроле за ходом технологических процессов, проходящих через паровую (газовую) фазу. Такой контроль реализован [13] при пересублимации поликристаллического арсе-шща галия ((ЗаАя;).

Помещение трубки с разрядом УПГ по центру факела плазмохимической реакции позволяет управлять ралределением температурных зон в поперечном и продольном направлениях факеда пламени, изменять его геометрию [15].

При контроле за состоянием воздушной и водной сред [ 17] используется замыкание токовой цепи разряда токами смещения через внешнюю среду, окружающую объем с разрядом. Свободный конец трубки (без ПЭ) вводится в объем контролируемой среды. Синополярный характер воздействия на нее посредством токов смещения исключает ее нагрев и, как следствие, - исключаются искажения в процесс измерения, обусловленные протеканием нежелательных химических реакций и последующего изменения примесного состава контролируемой среды, вызванного изменением ее температуры

Использование излучательных свойств объема разряда УПГ позволяет контролировать образование в жидких проводящих средах коагуляционных комплексов [46,48], количество и сорт примесных ионов, степень поляризации нерастворимых примесных компонент среды, а также разделение примесных ионов по знаку с последующим определением их процентного состава

Свойство, стабильности потенциала и плотности заряда на поверхности объема с разрядом УПГ можно использовать для управления структурной перестройкой поверхностного слоя металш при плазменной обработке поверхности металлических под ложек полупроводниковых приборов [49].

Наследовано воздействие излучения разряда УПГ на процесс прорастания семян хлопчатника Эффект стимулирования этого процесса наблюдался при наличии на поверхности объема с разрядом импульсного потенциала отрицательной полярности; при положительный полярности этого потенциала происходило угнетение прорастания семян [58].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Выполнены первые систематические экспериментальные исследования явлений, сопровождающих пробой газа импульсным потенциалом одного знака на единственном изолированном электроде.

2. Установлено существование нового типа разряда - униполярного пробоя тазр 'УПГ)длиищу <> 4 м) -лубках с единственным изолированным (разме-

Цзиэгом

-обнаружено, что разряд УПГ может существовать в разреженном газе в объемах металлических трубок или в стеклянных трубках под сплошной металлической оболочкой;

-установлено, что объем обовсти свечения (ОС) газа непосредственно под изолированным цилиндрическим ПЭ (или вблизи изолированного плоского торцевого ПЭ) прямо пропорционален энергии импульса, под аваемого на ПЭ,

-обнаружено равенство объема ОС газа под цилиндрическим ПЭ объемам образований отрицательного знака, окруженных светящейся оболочкой из ионизованных и возбужденных молжуп газа, периодически появляющихся в объеме ' газа трубки за пределами ПЭ,

-обнаружено существование режима одновременной (за длительность одного импульса потенциала на ПЭ) генерации нескольких заряженных образований;

-установлено, что свечение газа на длине объема трубки появляется вслед движению по нему заряженных (отрицательного знака) образований;

-обнаружено, что сильные акустических колебания, возбужд аемые в объеме шза и передаваемые поверхности трубки с разрядом УПГ, появляются одновременно с формированием ОС газа под цилиндрическим ПЭ (или вблизи торцевого внешнего ПЭ), а также при последовательном формировании заряженных образований вблизи ПЭ и в процессе их движения по объему шза внутри трубки; частотный спектр возбуждаемых акустических колебаний определяется геометрией ОС под ПЭ, частотой импульсного потенциала на ПЭ, а также размерами и геометрией заряженных образований, движущихся вдоль объема трубки; -обнаружен и исследован эффект наведения электрических зарядов в воздушной и в водаых средах, окружающих объем с разрядом УПГ; установлено, что знак электрических зарядов, наводимых на поверхности трубки с разрядом и передаваемых среде, окружающей трубку, соответствует полярности импульсного потенциала на единственном ПЭ; установлено, что заряды на локальной области поверхности трубки наводятся в момент прохождения в объеме трубки под этой областью светящихся заряженных образований; их радиальные размеры определяют величину наводимого заряда;

-обнаружен и исследован эффект излучения поверхностно объёма с разрядом УПГ импульсного электрического поля с частотами, отличными от частоты возбуждающи, импульсов потенциала; установлено, что источником электрического поля является область поверхности трубки, в границах которой в объеме трубки локализовано движущееся заряженное светящееся образование; частотный спектр излучения электрического поля задается количеством этих образований, формируемых за длительность одного импульса потенциала вблизи ПЭ, величина электрического поля пропорциональна радиусу образования, уменьшающегося по мере его удаления от ПЭ;

-обнаружен эффект излучения поверхностно объёма разряда УПГ элэяро-магнишош поля в диапазоне коротких и длинных волн; установлено, что источником его излучения является движущееся в объеме трубки заряженное светя-

щееся образование; частота электромагнитного излучения поля уменьшается с уменьшением давления газа;

ГЬлученные впервьв в условиях разряда УПГ с одним изсшировшшым электродом в трубках различных диаметров зависимости между амплитудным значением импульсного потенциала ??„ на ПЭ и давлением газа р (зависимости $ги (р) - аналога кривых Пзшена для 2-х электродных разрядов), а также соответствие при УПГ структуры свечения газа вблизи единственного изолированного покрышя-электрода структуре приэлектродного свечения в даухэлаародаом тлегацем разряде вблизи электрода с соответствующим потенциалом предполагают существование единого механизма развития разрядных процессов, независящего ог наличия или отсутствия непосредственного контакта поверхности электродов с газовой средой, ог числа этих электродов.

З.Раэработана модель механизма развития импульсного разряда УПГ с единственным внешним ПЭ. Её основными положениями являются;

-ПЭ рассматривается в качестве уединенного проводника, электрическая емкость Сщ, которого определяется его размерами и геометрией;

-изменение переднего фронта импульсного потенциала <ря на ГО определяет полевой характер распределения заряда по поверхности Зпэ ГО и в любой момент длительности импульса задает его величину = Спэ <р„;

-попе Ет поверхности ПЭ рассматривается как электростатическое, изменение величины которого повторяет изменения амплитуды импульса <ри за его длительность г,: Бт=егю/е, = ^ю^пэ е0;

-электростатическое поде Ет при удалении на х от поверхности Зпэ ПЭ уменыдается

-размножение электронов локализовано в удаленной от ПЭ области пространства, в которой фоновые электроны^ разгоняемые полем Вю, приобретают скорость Э„ достаточную для ионизации молекул газа;

-глубина X, проникновения поля Б^ в разреженный газ опредешяется таким его уменыдением (~Да), при котором скорость , сообщаемая пшкм Ет электронам, сравнивается с тепловой скоростью молекул газа 9т;

-область локализации, термализованных (края их потенциальной ямы соответствуют температуре газа) электронов одной лнвины становится областью наведенного единичного пространственной электронного заряда £?1;

-появление, заряда 2, проявляет себя в ударной ионизации электросгаш-чеасим полем этого заряда ближайших к нему молекул газа и в

их последующем движении в качестве ионов в направлении этого заряда и образовании вокруг него оболочки из молекул в состоянии их максимально плотной упаковки, фжсирукяцей пространственные границы заряда С?! и его обьем

-развитие разряда УПГ под поверхностью цилиндрического ГО начинается от ег кромок ПЭ процессом последовательного (за длительность одного импульса потенциаж <ри ) формирования единичных зарядов й и их поляг В№;

-приход на ГО очередного импульса потенциала <рн и новое появление поля Ёпз приводит к выталкиванию этим полем всех зарядов £>,, наведен-

плх в объеме газа под поверхностью ГО, и их осаждение на стенке трубки за тределпми ГО;

-повторение с каждым новым импульсом процесса осаждения электронов зарядов ()1 на стенке трубки и увеличение площади ее поверхности, заряженной отрицательно, создает условия для прострашлвенно-временной локализации на {екотором удалении от ЛЭ суммарного заряда всех Иг1 единичных зарядов

2, , наведенных под поверхностью ЛЭ и выталкиваемых полем ёпэ из объема "аза под этой поверхностью;

-результат ударной ионизации молекул газа полем = рт!с0 свободного объемного заряда = (), (СОЗа) и их последующего движения в гонгоованном состоянии в направлении этого заряда проявляется в возникновении из ионизованных, возбужденных и поляризованных полем молекул светящейся оболочки вокруг заряда £>03, фиксирующей его тространственную локализацию в объеме Уа = КГг1У^;

-взаимодействие между электростатическим полем Ёи полями В аз-Г1 Роз 1ео вновь появляющихся СОЗов вызывает их продольное движение по эбьему газа трубки и, как следствие этого, наблюдение светящегося стожа зазряда УПГ;

-распад заряда СОЗов потоком вектора / = СдвЁ^/вс в единицу времени таружу из объема Уа , описываемое уравнением непрерывности -1 (дрп/Ы)1У = ^ ^, приводит к последовательному уменыпению объемов Ут то мере их удаления от ГО и полному устранению СОЗов на фронте разряда; товерхность трубки, под которой смешаются распадающиеся ССОы, является тсточником электромагнитного поля, с частотой его излучения, определяемой люлкновителшой частотой молекул газа, окружающих растщцатсщий СОЗ;

-токовая цегть разряда УПГ замыкается током смещения через стеклянную ленку трубки в пространство, ее окружающее;

-причиной сильных возмущений в плотности газа по всему его объему и тоявления акустических мод колебаний, -частоты которых определяются задиальной и продольной локализацией зарядов 0, и <203 в трубке данного задиуса, является процесс смещения молекул газа в направлении этих «рядов, ионизованных их полями как под поверхностью ПЭ. так и вне ее, и хцдание вокруг зарядов ()1 и (2а оболочек из максимально плотной упаковки молекул газа в состоянии их ионизации, возбуждения и поляризации.

Литература к тексту реферата

¡.Герасимов ИВ. Физика плазмы; 1988.Т. 14. С. 1240.

!.Райзер Ю.П Основы современной физики газоразрядных процессов. М:

Наука, 1980. С.208. *.РзйзерЮ.П Физика газового разрядам.: Наука 1987.

♦ Ашновсжий Э.И, Восиляк ЛМ, Марковен ВВ. Теплофизика высоких температур. 1983.Т.21.№.С.371;.Ю.С.577.

3.Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах М: Мир. 1968.

5 Лагаоьке^ ^ ^ 0»»»т*лжг>тг»г т/т \ л тхлттгл-т'лг1>»-с/~г*>т.гтг»»^м/«г*\т%«-\ пч-ч«>л»-ч*т г> лтч >"

плазме. М: Наука 1989.

7.Лозшасий ЭД, Фирсов О.Б. Теория искры М: Атомгодат.1975.

8.Рухадзе А А Успехи фго. наук. 1987.Т.152.G252

9.Еычков Ю.И, Генкин С. А,Королев Ю. Д,МасяЦТ. А.Работкин RF., Филонов АГ. Изв. вузов. Физика 1978.N10.C. 146.

10. ПЬповаюв AR, Юрченко С.Н Изв. вузов. Физика 1992.N6.C.19.

П.Герасимов ИВ Журн. техн. физики. 1994.Т.65.С.ЗО.

12. Герасимов И В Патент РФ N2076381'' ГЬвер.хностный и объемный источник зарядов одного знака" (приоритет от 25.03.1991). БИ N9.1997.

13.Герасимов ИВ.Мавлэнов 1Д,Хусейнов Б. Авторское свидетельство 1570367 с приоритетом от 30.06.1987.

14.Gexasimov I.V., Mavlonov Sh. Surface Eng. and Appl. Electrochem. 1992V.5. PP.61-64.

15.GerarimovI.V. Surface Eng. and Appl. Electrochem 1993. V.6. PP.54-56.

16.Герасимов ИВ Тезисы 1 Международной научной конференции "Нэвые материалы и приборы". Ташкент. 1994. С.203.

17.Gerasimov AI.,Gerasimov I.V. Proc. .II International Congress "Water Eoologia and Technologia" (ECWATEC-96). Moscow. 1996. P. 314-315.

18.Герасимов ИВ Журн. техн. физики. 1986.Т.56.С. 1840-1843.

19. Грановский В. ЛЭлектричеасий ток в газе;. Установившийся ток М: Наука 1971

20.Райзер Ю.П Тегоюфиз. высоких температур. 1986.Т. 24. С.894.

21.Ульшов КН Тегоюфиз. вьюокихтемпершур. 1972Т.10.С.931.

22Бронин С.Я и др. Тешюфиз. высоких температур. 1980. Т. 18. С. 46.

23.Townsend J.S. Motion of Electrons in Gases. Garendon Press. Oxford. 1925.

24.Towmend J. S., MoCallum S.P. ffil. Mag. 1928. V.5. P.695; V.6. P.857.

25.Townsend J.S. Electrons in Gases, Hitchinson. London 1947.

26.Базелян АЭ.,БазелянЭ.М Теплофиз. высоких температур. 1994.Т.32.С.354.

27.Райзер Ю.П Успехи физ. наук. 1972T.108.N3.C.429.

28. Ивановский А В. Журн. техн. физики. 1996.Т.66.С.59.

29.№доспасов АВ.Нэвик АЕ Журн. техн. физики. 1960.Т.30.С. 1329.

30. Dawson G. A, Winn W.P. ZFhysik 1965. V.183. р.159.

31.Sanmann E.E., Fowler RG. Fhys. Fluids. 1975. V.17. P.1433.

32Scott R.P., Fowler R.G. Fhys.Fluids. 1977. V.20. P.27.

33. Лагарысов АН, Рупсевич ИМ ДоклАНСОСР.1979.Т.249.С.593.

34.Туниикий ЯН,Черкасов ЕМ Журктехн-фгаики. 1969.Т.39.С.2173.

35.Snoddy LB, Dieteridi J.R., Beams J.W. Hiys.Rev. 1937. V.52.N7. P.475.

36.Амиров P.X, Асиновсхий Э.И, Марковен RB. Тешюфиз. высоких температур. 1981.Т. 19.N1, С. 47.

37.Arnin AN. Proc. V IntCbnf.Fhenom. Ion Gases. Minich. 1961.V.1. P. 1003.

38. Hudson G.G., Lcxfc.LB Fhy3.Rev.1961. V.123. P.29.

39. Месяц Г. А, Бычков Ю. П, Кремнев В В. Успехи физ, наук 1972Т. 107.N2 С. 201.

40. Мик Дж., Крэгс Дж. Элеюричеасийпробой в газах. М: ИИЛ. I960.

41.Beams J.W. Fhys,Rev. 1930. V.36.P.997.

42Герасимов ИВ Изв.АНТааж.ССР, Ощ.физ.-мат.ршм.игеолог.наук.1983. N1(87). С.96.

43.Герасимов ИВ Изв.АНТадж-ССР, Отд. физ.-мат., хим. и геолог.наук. 1983. N2(88). С.76.

44. Gerasimov AI.,Gerasimov I.V. ProcXXIV Int Conference on Ffrenorriena in Ionized Gases, Warsaw, Poland, July 11-16,1999.V.I.PP.25-26.

45.Герасимов ИЕ Материалы ФНГП-98 (Плазма, XX в.,ПетрозаводсжЛ998). C.260-265.

46.Gerasimov AI.,Gerasimov I. V. Proc. Flflh European Conf. on Thermal Plasma Processes (TPP-5). St.Petersburg. 1998.New York.Begel Hause. V.I. PP. 132-137.

47. Герасимов И В Материалы ФНГП-98 (Плазма, XI в., Петрозаводск 1998). С.266-270.

48. Gerasimov AI.,Gerasimov I.V. Proc. XXIV Int Conference on Fhencmenain Icnized Gases, Warsaw, Poland, July 11-16,1999. V.II. PP. 171-172.

49. Gerasimov AI.,Gerasimov I.V. Proc. Fifth European Conf. on Thermal Hasma Processes(TPP-5). St.Petersburg 1998.New YorkBegd Hause. V.I. PP. 123-128.

50.Дьяконов МИ, Качоровский ВЮ. ЖЭТФ.1990.Т.98.С.895.

51.^гель А Ионизованныегазы М: Наука 1959.

52Мак-Даниель. Процессы столкновезшй в ионизованных газах. М:

' Мир. 1967.

53.Матвеев АН Молекулярная физикаМ.Выгнггтгксив. 1981.

54. Зоммерфеявд А Термодинамика и статистическая физика М: Физматпо. 1955.

55.Тамм ИЕ Основы теории электричества М:Физматтта 1966.

56. Rogers С. A Packing and Covering. Cambridge University Press. 1964.

57. Герасимов И В Тезисы всесозного совещания по нелинейным явлениям в конденсированных средах. 1992 Самарканд. С. 49.

58. Иродов ИЕ Основыэлгктромагнешзма М.: Наука 1979.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Герасимов ИВ., РЬздрев ВФ. Экспертетальньк наблюдения взаимодействия зшьтразвуковой волны с плазмой газового разряда ДАН Тадж. ССР. 1971. Т. 14. N12C. 17-23.

2Асроров АА, Герасимов ИВ Исследование акустических колебаний, воз-бужденныхв плазме газового разряда. Материалы XIV Межреспубликанской конф. по применению ультраакустикн Москва 1972С. 14-15.

3.Герасимов ИВ., Взшидов С. Установка для гоучения взаимодействия волн с гошмой ГР. Материалы XIV Межреспубликанской конф. по применению ультраакустики Москва 1972С.21-22

4.Гераамов ИВ. Радиальное изменение звуковых колебаний в ПС ГРП. Дел. 10. 121973.С.8. N7333-73. ВИНИТИ РЖ "ФИЗИКА". 1974. 5Г110.

5. Герасимов И В. Звуковые колебания в нейтральной компоненте ГРП при движении страт. Дел. 10.121973. C.5.N7332-72. ВИНИТИ РЖ "ФИЗИКАМ974. 5Г111.

6. Герасимов И В. Влияние параметров ГРП на интенсивность внешне возбуждаемых нейтрально-звуковых колебаний. Изв. АН Тадж. ССР. Отд. физ.-мат. хим. и геолог.наук. 1973. N4(50). С. 14-19.

7.Герасимов ИВ. Экспериментальное наолгацение затухания акустических колебаний в газовом разряде. ДАНТвдж. ССР. 1973.Т. 16. N9. С.21-24.

8.Адаамов А А,Герасимов ИВ., Магомедгаджиев Г.Г. Влияние дрейфовой скорости. алэсгронов на распространение нейтрально-звуковых волн в ГРП Тезисы IV Всесоюзной конфер. поНГП 1975.KiieB.C.34.

Э.Герасимов И В. Регулятор и измеритель-преобразователь из системы сильфо-нов.Труды научно-практической конференции по внедрению достижений науки в производство. Душанбе. 1975.С. 32-35.

10.Герасимов ИВ. Ошьфонный ввод (манипулятор). Выпуск экспресс-информации N32. Тадж. ИНГИ Душанбе. 1975. С.72-78.

П.Адхамов А А, Герасимов ИВ Влияние вязкости и теплопроводности газа на распространение акустических колебаний, возбуждаемых импульсным электрическим полем. Тезизы XVI Мгяреагубликаносой конференции по применению упьтраакусгаки. Вильнюс. 1976. С. 11.

12 Adhamov AA.Geraamov I.V. Attenuation and amplification of sound waves in neutral-gas component in plasma Proc. Intern.Regional Conf.of the Countries of the Kiddle Asia on U-Sound E5egnostics.T8shkmt.1976.PP.41.

13. Герасимов ИВ Влияние азойста ГРП на ход химических реакций. Тезисы научно-практической конференции по использованию науки в народном хозяйстве. Душанбе. 1976. С. 17.

14. Сельфонный регулятор. ГОСИНГИ Выпуск экспресс-информации. Москва 1977.N6.C.42-44.

15. Герасимов ИВ Оттико-акустачский метод исследования формирования токового слоя и колебательных процессов в ионизуемой среде Тезисы X Всесоюзная конф. по квантовой акустике и акустоалгктронике. Ташкент. 1978. С.81.

16.Герасимов ИВ. Беззщектродньй пробой газа электрическими импульсами в длинных трубках, покрытых цилиндрическим электродом. Изв. АН Тадж. ССР. Ощ физ.-мат.^им. игеолопнаук. 1983. N1(87). С.76-80.

17.Герасимов ИВ Влияние полярности электрических импульсов, подаваемых безэлэстродным способом в трубку, на возбуждение акустических колебаний в газе внутри трубки. РЬв. АН Тадж. ССР, Ощ фш.-мат., хим. и геолог, наук. 1983. N1(88). С.96-100.

18. Герасимов ИВ.,Мавлэнов Щ О движении объемного заряда при импульсно-период ическом пробое газа постоянным напряжением - газовый аналог эффекта Ганна Материалы 3 Всесоюзной конференции по физике газового разряда Киев. 1986. С. 419-421:

19. Герасимов ИВ Скорость распространения униполярного пробоя газа ЖТФ. 1986. Т.56. В 9. С. 1840-1843.

20. Герасимов ИВ,Мавлэнов Ш Контроль за ходом пересублимащш с использованием свойств разряда "У ill. Материалы 4-ой Всесоюзной конференции по термодинамике и материаловедению. Москва 1987. С.499-500.

21.Герасимов ИВ О распространении униполярного безэлектродного пробоя газа Физика птзмы. 1988. Т. 14. В10 С.1214-1221.

22. Герасимов ИВ,Мавлзнов Щ Изгальзование свойств безэлектродного разряда УПГ при десублимахдаи, сублимации, вристашюбразовангаг и возгонке полупровод никовых веществ. Тезисы Республиканской конференции по физико-химическим основам получения и исследования полугтроводниковых материалов. Куляб.ТаджССР. 1989.С.11-12.

3.Герасимов ИВ.Мавданов HI Реализация дистанционного контроля за ходом реакции пересублимации GaAs2 с использованием излучательных свойств разряда "У 111'. Тезизы Республиканской конференции по физико-химическим основам получения и исследования полупроводниковых материалов. Куляб. ТаджССР. 1989. С. 13-14.

4.Герасимов ИВ Использование фосфид-тали еазыхизлучающих диодов для измерения периодического электрического поля и тока свободных зарядов, испускаемых поверхностью разряда УПГ. Материалы II Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках. Ашхабад.

1991.С. 4,5.

5. Герасимов И В ,КЬвлшов Щ Взаимодействие с перовой фазой реакции пересублимации импульсного электрического поля разряда VI11 '.Тезисы 8-ого Всесоюзного совещания" Материаловедение полупроводниковых соединений группы A2Bj . Чоновцы 1990. С.30.

!б. Герасимов И В Использование объема с разрядом УПГ в качестве источника зарядов. Материалы 8-ой Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы Минск. 1991. С. 49-50.

17. Герасимов ИВ К природе волны ионизации и волны градиента потенциал! Материалы 6-ой Всесоюзной конференции по взаимодействию электромагнитных излучений с плазмой. Душанбе. 1991. С. 19.

!8. Герасимов И В Излучение периодического электрического поля и свободных зарядов поверхностью объема с разрядом УПГ. Материалы бой Всесоюзной конференции по использованию электромагнитных излучений с плазмой Душанбе. 1991.С. 127.

i9. Герасимов И В Излучение гетероструктурного диод а при его питании током зарядов, стекающих с поверхности объема разряда УПГ. Тезисы Всесоюзного семинара "Нелинейные СВЧ явления в полупроводниках и полупроводниковых структурах и проблемы их применения в электронике СВЧ". Навои 1991.С. 27.

Ю.Герасимов ИВ Образование молакулярных кластеров компонент воздуха и их пространственная фиксация областью объемного заряда в разряде униполярного пробоя газа (УПГ). Материалы Всесоюзной конференции" Сгрук-турно-динамические процессы в неупорддочных средах". Самарканд. 1992. 4.II. С.61.

И.Герасимов ИВ Плазменное воздействие на поверхность тивстин го и GaAsj и Ст40ХН. Тезисы II Республиканской научно-гехническ конфер."Физико-хим. основы получения и исследования полупроводниковых материалов в твердом и жидком состоянии".Куляб.РеспубликаТгджикистан. 1992.С.31.

12. Gerasimov I. V., Mivlonov Sh. Emissive properties of unipolar gps breakdown used in resublimation process monitoring Surface Eng. and Appl. Eleiectrochem 1992 V.5.PP.

33. Герасимов И В Стимулирование процесса прорастания семян хлопчатника офаботкой излучением разряда униполярного пробоя газа Электронная обработка материалов. 1993.N6(174). С. 54-56.

34. Герасимов ИВ, Маслов В А Изпользование излучательных свойств разряда УПГ для активации сгорания газового топлива Тезисы Респуб.конфер. по новым технологиям в вопросе о>раны окружающей среды Душанбе. 199Э.С. 24.

-3235. Gerasimov I. V., Macvlonov Sh. Influence unipolar gas breakdown on gasoline-air flame. Surface Eng. and Appl. Elelectrochem. 1993. V.5.PP.40-43.

36.Герасимов ИВ, Сафаров ММ,>2акьеров ИЗ. Физико-химические аспекты воздействия импульсного напряжения с поверхности разряда УПГ на коагуляцию водных растворов в техношгических процессах прошводст пищевой и датой промышленности. Сборник трудов научно-методичеасой кон-ференщщ преподавателей и сотрудников Технологического университета Таджикистана Душанбе. 1994. С. 17-25.

37.Герасимов ИВ, Сафаров ММ, Хакьеров ИЗ., Тагоев С.А Применение элаороследящей системы доя измерения шютности жидкостей при высоких параметрах состояния. Сборник трудов научно-методичеасой конференции преподавателей и сотрудников Технологического университета Таджикистана Душанбе. 1994. С.29-33.

38.Герасимов ИВ., Мавлонов III Исполню вание излучателкных свойств разряда униполярного пробоя газа при контроле за ходом процесса пересублимации Электронная обработка материадав. 1993. №(165). С.44-47.

39. Герасимов И В О переносе энергии электрических импульсов в объем разряда униполярного пробоя газа Материалы научно-прагагичеосой конференции преподавателей и специалистов Таджикского технического университета Душанбе, 1994. С. 19-20.

40.Герасимов ИВ, Сафаров ММ, Тагоев С.А Экспериментальная установка для измерения электро- и тешюфизичесзсих свойств отходов пищевой и легкой промышленности в процессе их утилизация. Сборник трудов научно-методической конференции преподавателей и сотрудников Технологического университета Таджикистана Душанбе. 1994. С.29-33.

41.Герасимов ИВ Воздействие излучения разряда униполярного пробоя газа на говмя воздушно-бензиновой смеси. Электронная образтка материалов. 1993. N5(173).C.35-39.

42 Герасимов И В Феномен УПГ и его использование для контроля за состоянием газовой и жидких сред. Тезисы 1 Международной научной конференции "Нэвые материалы и приборы".Ташкенг. 1994. С. 17.

43. Герасимов И В Импульсное воздействие высоковольтным напряжением на вод ные компоненты веществ в технологических циклах производств. Тезисы 1 Международной науч. конфер. "Нэвые материалы и приборы" .Ташкент. 1994. С. 64.

44. Gerasimov I. V., Mavlonov Sh. Device for continuous control of resublimarion process using radiative properties of UBG discharge. Тезисы 1 Международной науч. конференции "Новые материалы« приборы". Ташкент. 1994. С.84.

45. Герасимов ИВ Перенос энергии потоками смещения в первой (темновой) фазе разряда УПГ (униполярного пробоя газа). Труды преподавателей и сотрудников Технологического университета Таджикистана Душанбе. 1994. С.31-39.

46. Герасимов И В Излучательные свойства объема разряда униполярного пробоя газа ЖТФ. 1994.Т. 64. В5.С.30-37.

47. Gerasimov AI., Gerasimov I.V. The Control over the Cleanness of Water Drains of Technological Processes with the Use of Radiative Properties of the Electroddess Discharge of Unipolar Breakdown of Gas. In.: Proc.II International

Congress "Water: Ecologia and Technologia" (ECWATEC - 96). Moscow. 1996. PP.314-315.

48.Герасимов HR О токе смещения в безэяектродном разряде униполярного пробоя газа (УПГ). Материалы международной конференции "Плазма, XX в" (ФНГП-98, Петрозаводск; 1998). С.338-340.

49. Герасимов И R Периодичность в формировании свободных объемных зарядов (СОЗов) при безэлеюродком разряде униполярного пробоя газа (УПГ). Материалы международной конференции "Плазма, XXв" (ФНГП-98, Петрозаводск, 1998).С.260-265.

50.Герасимов ИВ О вводе энергии электрических импульсов в начальной стадии развития разряда униполярного пробоя газа (УПГ). Материалы меадуна-родной конференции "Плазма, ХХв" (ФНГП-98, Петрозаводск; 1998). С.250- 254.

51.Gerasimov I.V., Gerasimov AI. The modifications in the geometry ofa flame of a gasoline-air mixture through the influence of radiation from an dectroddess discharge of unipolar breakdown of gas (UBG). Theses of Reports of Fifih European Conf. on Thermal Hasma Processes. St. Petersburg. 199a P. 180.

52. Gerasimov I.V., Gerasimov AI. The iflumce of electrical potential on a steel target for the appearance of the defects on the surfaces layer byusingapalsed discharge in air. Theses of Reports of Fifth European Conf on Thermal Hasma Processes. St.Petersburg. 1998. P. 181.

53. Gerasimov I.V., Gerasimov AI. The application radiative properties of the discharge of unipolar breakdown of gas (UBG) on high temperature technological proceses which go through gas and vapour phases. Theses of Reports of Fifth European Conf. on Thermal Hasma Processes. St. Petersburg. 1998. P. 183.

54. Gerasimov I.V., Gerasimov AI. The spacing localisation of free volume charges (FVCh) in a tube of rarefied gas with dectrodeless discharge of unipolar break-down of gas (UBG) and radiation from surface of FVCh. Theses of Reports of Fifth European Conf.cn Thermal Plasma Processes. St.Petersburg. 1998. P. 182.

55. Gerasimov I.V., Gerasimov AI. The influence of dectrical potential on a sted target for the appearance of the defects on the surfaces layer by using a palsed discharge in air. Proc. Fifth European Conf.an Thermal Hasma Processes(TPP-5). St Petersburg. 1998.New York Begd teuse. V. 1. PP.243-248.

56. Gerasimov I.V., Gerasimov AI. Some aspects of practical use of radiative properties of the dectroddess discharge of unipolar breakdown of gas (UBG). Proc. Fifth European Conf.an Thermal Flasma Processes (TPP-5). St Petersburg. 1998. New York. Begd Hause. V. 1. PP. 132-137.

57. Gerasimov I.V.,Gerasimov I.V. The use of UBG discharge in experiments forin-vestigation of the defects on the surfaces layer. Surface Big. and Appl.Elect-rochem. 1998. V. 4. PP.48-54.

58. Gerasimov I.V., Gerasimov AI. The application of the volume with the dectrodeless discharge of unipolar breakdown of gas (UBG) as a source of free charges in volumes of water conducting solutions. Proc. XXIV IntConference on Phenomena • in Ionised Gases. Warsaw. Poland 1999. V.l. PP.25-26.

59. Gerasimov AI., Gerasimov I.V. The volumes Iocali2ation of energy of dectrical impulses at it input in volume of the dectroddess discharge of unipolar breakdown of gas (UBG). Proc. XXIV Int Conference on Fhenomena in Ionised Gases. Warsaw. Poland. 1999. V.U. PP. 171-172.

60. Герасимов ИВ. О развитии разряда униполярного пробоя газа Материалы школы по гшазмохимии РФ и стран СНГ. Иваново. 1999. С. 11-1 б.

61. Герасимов ИИ Развитее разряда униполярного пробоя газа под единственным цилиндрическим покрытием-электродом. Материалы II Всероссийской научной конференции "Молекулярная физика неравновесных систем. №ано-во. 2000. С.126-131.

62Герасимов ИВ Ас. СССР N 437361.Сндьфонное устройство ввода. 1972. N5

63.Герасимов ИЕ, Мзвлэноа Ш, Хусейнов Б. Ас. СССР N1570367. Способ вы ращивания кристаллов методом пересублимации., БИ 1988.ЭД2.

64. Герасимов ИВ Патент РФ N 2076381 ГЪверхностный и объемный источник-зарядов одного знака (приоритет от 25.03.91). БИ 1997.>®.

ОБЩНОСТЬ И РАЗЛИЧИЕ ФЕНОМЕНОЛОГИИ ОДНОЭЛЕКТРОД-НОГО ИМПУЛЬСНОГО ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА (РАЗРЯДА УНИПОЛЯРНОГО ПРОБОЯ ГАЗА (УПГ) С ЕДИНСТВЕННЫМ ВНЕШНИМ ЭЛЕКТРОДОМ) С ИЗВЕСТНЫМИ РАЗРЯДНЫМИ ПРОЦЕССАМИ. МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ РАЗРЯДОВ. ВЫВОДЫ.

1.1. Условия пробоя газа.

1.2.1.Тлеющий разряд - результат эмиссии электронов с катода и развития электронной лавины в двухэ-лектродной системе.

1.2.2.Продольная структура тлеющего разряда.

1.2.3.Поперечная приэлектродная структура тлеющего разряда.

§ 1.3. Стримерный пробой газа. 1.3.1.Определение понятия стримера.

1.3.2.Фотоионизация газа и развитие стримерного канала.

1.3.3.Аналитические модели стримера и его основные параметры.

§ 1.4. Волновой пробой газовых промежутков.

1.4.1.Волновой пробой разрядных промежутков с предварительной ионизацией газа и без неё.

1.4.2.Свойства волнового пробоя газа. а.Скорость распространения волны ионизации (волны градиента потенциала). б.Результаты экспериментальных исследований "ионизующих волн градиента потенциала" (волн пробоя) в длинных трубках, в .Теоретические механизмы волнового пробоя.

5. Выводы из рассмотрения результатов экспериментальных и теоретических исследований рассмотренных механизмов пробоя газа (таунсендовского, стримерного и ионизующими волнами градиента потенциала)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОДНОЭЛЕКТРОДНОГО ИМПУЛЬСНОГО ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА (РАЗРЯДА УНИПОЛЯРНОГО ПРОБОЯ ГАЗА (УПГ) С ОДНИМ ВНЕШНИМ ЭЛЕКТРОДОМ)

1. Униполярный пробой газа в металлических трубках, или в стеклянных трубках, имеющих сплошное внешнее металлическое покрытие.

1.1. Область существования УПГ в координатах давления и импульсного высоковольтного потенциала.

1.2. Свечение УПГ по сечению трубки при возбуждений УПГ через внешнее покрытие-электрод (ПЭ) цилиндрической геометрии.

1.3. Наблюдения за продольной и радиальной геометрией области свечения (ОС) при использовании в качестве покрытия-электрода (ПЭ) из мелкой металлической сетки.

Униполярный пробой газа в. длинных стеклянных трубках.

Организация экспериментов .с УПГ в объемах длинных трубок.

Изменение тока во вторичной обмотке генератора при изменении основных параметров разряда УПГ-давления газа и амплитуды импульсного потенциа,-ла на покрытии-электроде ПЭ. Поляризация поверхности стеклянных трубок при поступлении импульсного напряжения на металлическое покрытие, находящееся в контакте с этой поверхностью.

Ток зарядов, пребывающих на поверхности ПЭ за время нахождения на ней единичного импульса потенциала.

Зависимость между амплитудой импульсного потенциала фю, давлением газа в объеме УПГ и зарядом дпэ, определяемым стекающим с ПЭ током 13 ("БАХ" разряда).

Продольная структура свечения газа в его объеме вблизи ПЭ при наличии на нем импульсного потенциала.

Общая протяженность 1р объема разряда УПГ. Зависимость 1р от давления газа. Зависимость 1р от размеров и геометрии покрытия-электрода (ГО). в. Связь между геометрией области свечения (ОС) под ПЭ, радиусом трубки гтр и общей протяженностью разряда 1р. г. Периодичность в изменении протяженности 1Р разряда УПГ при монотонном изменении давления газа в объеме трубки.

2.2.8. Скорость vp продольного распространения УПГ. а. Методика измерения. б. Зависимость vp от давления газа р и амплитуды импульсного потенциала

2.2.9. О температуре газа и стенок камеры.

2.2.10.Длительность послесвечения газа.

2.2.11.Характер светового излучения из объема разряда УПГ.

2.2.12.Темновая фаза разряда УПГ, ее зависимость от условий возбуждения разряда.

2.3. Исследование волны потенциала, регистрируемой на поверхности трубки с разрядом УПГ.

2.3.1. Форма импульсов потенциала, снимаемого зондами с поверхности трубки на протяженности разряда УПГ, и ее зависимость от параметров возбуждения разряда.

2.3.2. Влияние давления газа в объеме трубки на полярность зондового сигнала снимаемого с ее поверхности.

2.3.3. Наблюдения цуга волн поверхностного потенциала

Фз и последовательного изменения в интенсивности свечения газа в объёме трубки в течении длительности одного разнополярного импульса потенциала произвольной формы на ПЭ.

4. Радиальные изменения границы ОС газа у внутренней поверхности торцевой стенки трубки за длительность одного импульса потенциала на торцевом ПЭ.

ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗЛУЧАТЕЯЬНЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕМА РАЗРЯДА УНИПОЛЯРНОГО ПРОБОЯ ГАЗА (УПГ)

1. Организация экспериментов по исследованию излучатель ных свойств УПГ.

2. Импульсы потенциала ф£-, фиксируемые на поверхности трубки и распространяющихся по ее длине волной потенциала.

3. Влияние площади зондов на параметры потенциала, измеряемого на поверхности трубки.

4. Влияние площади поверхностного покрытия-электрода (ПЭ) на величину потенциала, снимаемого с поверхности трубки на протяженности разряда УПГ.

5. Влияние частоты импульсов высоковольтного потенциала поступающих на ПЭ, и давления газа р на величину потенциала ф2 на поверхности трубки.

6. Наведение зарядов и потенциала фг на поверхности зоццов при их радиальном удалении г отповфх-носш трубки с разрядом УПГ.

3.1.7.Рэдиалшое излучение с локальной области поверхности трубки, выделенной на общей протяженности разряда метатическими экранами.

3.1.8. Использование объема с разрядом УПГ в качестве источника зарядов в объемах проводящих водных растворов.

§3.2. Акустические явлгния, сопровождакшще возбуждение разряда униполярного пробоя газа

3.2.1. Влияние полярности импульсов высоковольтного потенциала, поспуттяющих на ПЭ? на генерацию акустических колебаний в газе внутри трубки.

3.2.2 Гашение акустичесих колебаний в объеме с УПГ изменением длительности импульсов высоковольтного потенциала, поступающих на второй ГО.

3.2.3.Частотный диапазон звуковых колебаний, возбуждаемых при УПГ в объемах цилиндрической геометрии.

3.24. Возбуждение звуковых колебений импульсами потенциала произвольной формы

3.2.5. Возбуждение акустических колебаний в трубках, полностью покрытых металлическим экраном.

3.2.6. Возникновение резонансных колебаний газового объема при УПГ а Влияние амплитуды импульсного потенциала на ПЭ на раскачку резонансных колебаний, б. Влияние длительности импульсного потенциала на Ш ш раеяшку колебаний в объеме газа под -поверхностью ПЭ.

3.2.7.0тклик газовой среды на одновременное и разнесенное во времени локальное воздействие на ПЭ импульсов потенциала противоположной полярности.

ГЛАВА IV.

УСТАНОВЛЕНИЕ МЕХАНИЗМА РАЗВИТИЯ ОДНЭЭЛЕКТ-ГОДВЭГО ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЗДАУВДГЮЛЯРЮГО ПРОБОЯ ГАЗА

§4.1. Какую информацию несут опшческие и электрические методы решстрации импульсов поверхностного q>s и пространственного <рг потенциала, а также акустические методы регастрации перепадов давления газа в объеме разряда УПГ?

4.2. Обпросль феноменологии эффекта Ганга, решксацнон-ных колебаний в газовом разряде и развития разряда УПГ.

4.2Л.Объемный характер эффекта Ганга.

4.2.2. Условия общности физики явлений эффекта Ганга и релаксационных колебаний в газовом разряде.

4.2.3. Зкотфиментальная установка и методика эксперимента.

З.аВеокуумгая часть установки.

3. б. Схема регастрации перемещения доменов.

4.2.4. Результаты исследования разрядного процесса, аналогичного эффекту Ганна в полупроводниках.

4. а Исследование зависимости времени перемещения объемного заряда (домела) от длительности процесса от напряжения на электродах.

4 б. Исследование зависимости влияния диаметра трубок и удаления от электрода с отрицательным потенциалом на время перемещения домена

4.в. Изменение частоты релаксащюнных колебаний и температуры газа на пути движения домена

§4.3. Общность условий возбуждения и феноменологии диэлектрического барьерного разряда (ДБР) на границе существования разряда УПГ по максимуму давления.

4.3.1.Общность в геометрии возбуждения разрядов.

4.3.2. Мжроразряды и осаждение зарядов на диэлектрических (стеклянных) стенках камеры (трубки).

43.3.Сравнеяие развития ДБР и разряда УПГ в области

С^еововшиядавжний. fio íSi

§ 4.4. О природе импульсов давления большой амплитуды, воспринимаемых стенкой трубки при возбуждении разряда УПГ.

4.4. ¡.Условия для появления импульсов давления на стенку разрядной трубки.

§4.5. Периодичность формирования свободных объемных зарядов (СОЗов) в разряде УПГ.

4.5.1. Взаимосвязь между параметрами возбуждения разряда УПГ и размерами объемного заряда СОЗа

1. а Равенство объема ООЗа и объема области свечения под поверхностью внешнего вдгавддричесашго ПЭ,

1.6. Изменение геометрии единичного СОЗа (от геометрии сферы до геометрии цилиндра со сферическими торцами) при изменении параметров возбуждения разряда УПГ: -амплитуды импульсного потенциала femIB;

- длительности импульса tM;

- геометрии и площади sm ГВ;

- давления газа р „

- радиуса трубки rt;

4.5.2. Эксперименгальнью условия для непрерывной генерации нескольких СОЗов за длительность одного импульса потенциала на ПЭ.

2. а Области непрерывной генерации СОЗов в 1раницах существования разряда УПГ.

2.6. Изменение режима генерации СОЗов при изменении (или-или): -площади Sn3 ПЭ;

-амплитуды импульсов потенциала <рт наШ;

-давления газа/?;

-дшггельноста tH единичного импульса <рпэ на ПЭ.

4.5.3.Роль различных механизмов в развитии колебательного процесса в нейтральной плотности слабоионшованного газа

2. а Сшнка затухания звуковых волн.

2.6. Проверка возможного усиления звуковых колебаний в сшбоионгооваиной плазме.

§ 4.6 Цепь тока разряда УПГ.

4.6.1. Положения элжтродинамики Максвелла и условия появ^ления истоков и стоков полей В и 3 ; цепь тока в отсутствии разряда.

4.6.2. Роль поверхности ПЭ в емкостном х^актере развития разряда УПГ. а Процессы на ПЭ и в объеме газа вблизи него. б. Образование объемных зарядов (ОЗ) и области свечения газа под поверхностью ПЭ. в. Связь меищу потенциалом поверхности ПЭ и объемным зарядом электронов под этой поверхностью.

4.6.3. Процесс рождения (формирования) некомпенсированных, свободных объемных зарядов (ООЗов).

4.6.4. Давление газа и шюшость энергии газовой среды

4.6.5.Процесс продольного движения СОЗов; зфяднавнугрен-ней поверхности стенки.

4.7. Поле на поверхности трубки и внутри нее. Величина заряда и его штошости в границах ООЗа

4.8. Избейте элек1ро№шшогопош поверхностью ош^ш с разрядом УПГ.

4.9. Уменьшение размеров ООЗов в процессе их продольного движения на протяженности объема разряда УПГ.

§ 4.10. Сравнение результатов экшфимет-альных исследований с предлагаемой моделью разряда

4.10.1. Емкостной подход к развитию разряда УПГ.

4.10.2. Процесс формирования под поверхностью ПЭ объемных зарядов электронов.

2/0 2/

221 22/

227 23С 233 2Н

2№ гМ

4.10.3. Процесс выделение объема для жжализации в нем свободного заряда электронов.

4.10.4. Начальный этап развитая разряда УПГ.

4.10.5.Проникновение ("втягивание") электрического поли в объем газа под поверхностью ПЭ цилиндрической геометрии.

4.10.6. Взаимосвязь между параметрами возбуждения разряда УПГ. Выводы

ГЛАВА V.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ БЕЗЭЛЕКТРОДЮГО.

РАЗРЯДА УПГ

§ 5.1. Использование тлучтгеяьных свойств разряда У111 в технолопда получения полупроводниковых материалов.

5.1.1. ПереспеЕсгивы использования свойств разряда УПГ в технологии получения полупроводниковых материалов.

§ 5.2. Использование излучатеззьных свойств разряда УПГ при гошмохимических факельных процессах

§ 5.3. Использование излучательных свойств разряда УПГ при воздействии на металлическую поверхность факторов импульсного разряда в воздухе.

§5.4. №пользоваю1еизяучательньзх свойств разряда УПГ при контроле за водными стоками технологических процессов.

§ 5.5. Стимулирование процесса прорастания семян хлопчатника обработкой излучением разряда УПГ.

В диссертационной работе экспериментально иссзтеруется открытое автором явление униполярного пробоя газа (УПГ) в длинных (более 4 метров) трубках низкочастотными ( порядка 1 кГц) импульсами высоковольтного (<7 кВ) потенциала, поступающими на единственное поврыше-электрод (ПЭ), размещаемый на внешней поверхности стеклянной стенки трубок, устанавливается механизм развития разряда УПГ, рассматриваются области практического использования его свойств.

Завершение исследований, представленных в диссертационной работе, финансировалось грантами Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации № 98Гр-96 и № 96-26-3.6.

1. Актуальность работы

В основе лазерных технологий, определивших за последние десятилетия общий технический прогресс, лежит физика явлений, происходящих в газовых разрядах с непрерывным и импульсным под водом эюарической энергии. Однако природа, механизм целого ряда таких явлений, особенно тех, которые происходя^гфи быстрых стадиях электрического пробоя и сопровождаются образованием волны ионизации, волны градиента потенциала, эффективно возбуждающей ионизующей газ в разрядном промежутке, не является окончательно установленным и убедительным с точки зрения фундаментальных законов физики И сейчас еще можно повторить слова, сказанные более 10 лег тому назад исследователями волн пробоя [3]: ". единой точки зрения о механизме образования волны в настоящее время нет". Тоже самое можно сказать и о механизме развития импульсного безэлектродного разряда Неизвестны, например причины, из-за которых в газовом объеме, отделенным диэлектриком (стеклянной стенкой) от электрод а с импульсным потенциалом, происходит переход безэлектродного разряда в такую форму [16] ".какбудто включаются процессы вторичной эмиссии с поверхности изоляторов. Безэлектродный разряд становится похожим на настоящий электродный".

Обзор результатов исследований разрядных процессов, феномеяалогия которых близка к феноменалогии разряда УПГ, и теоретических построений, объясняющих механизмы развитая этих процессов, показал; что наблюдается целый ряд явлений, которые существующая теория объяснить не может. В тлеющем разряде это, например, эффект нормальной плотности тока: изменение площада токового пятна на поверхности катод а соответственно изменению тока разряда, когда плотность тока j = i/Sc зависит только от давления и рода газа, от материала катода. Толщина катодного слоя и падения катодного потенциала на слое от тока не зависят. Теория не может объяснить одновременное существование на катоде двух областей, одна из которых является токовым пятом и через нее идет ток; а в соседней с ней области нет и токового пятна, и тока через нее. Выполнение в тлеющем разряде под действием каких-то неизвестных сил природы принципа "минимума мощности", предложенного Шгеенбеком в 1932 году, не следует из фущрмешальныхзжонов пркродь!

НЬ объясняется существующей теорией взаимное отталкивание катодных пятен, их распределение по поверхности катода в дуге низкого давления; нет объяснения и механизма высокоскоростных струй плазмы из этих пятен.

Теория не может объяснить наблюдение в объеме разряда УПГ вблизи покрьпия-электрода (ТВ), размещаемого по наружной поверхности стенки трубки, такой же структуры свечения газа, что и в тлеющем разряде; в котором ее образование объясняется разнесением в пространстве и во времени процесса лавинного размножения в продольном поле разрядного промежутка эмитшруемых с катод а электронов. В разряде УПГ нет такого катода (холодная стеклянная стенка), нет и продольного разгоняющего поля. может объяснить развитие разряда УПГ и теория одноэлектродного разряда, в которой его развитие объясняется распространением волны ионизации постоянного потенциала (волны градиента постоянного потенциала); профиль светящегося столба разряда УПГ на всей его длине может иметь коническую форму.

К объяснению развития разряда УПГ нельзя привлечь и механизм появ-^ ления на границе плазмы и диэлежлрика локализованного плазменного образования (солитона поля), возникшего в результате локального пространсгвенно-I то разнесения зерядов противоположного знака - Развитие разряда УПГ происходит без предварительной ионизации газа, свечение газа на всей длине разрядного столба может быть обусловлено только возбуждением атомов и молекул газа, являющимся следствием прохождения объемного заряда только одного, отрицательного, знака

В обзоре теоретических и экшериментальных работ показывается, что наиболее близок по своей феноменологии к разряду УПГ двухэлектродный волновой пробой в длинных разрядных промежутках Однако теория этого пробоя требует наличия вблизи потенциального электрода определенной первоначальной концентрации электронов, последуЕсщее продольное смещение которых и приводит к образованию волн пространственного заряда и его перенос в продольном направлении трубки. Существующая теория не имеет корректного объяснения механизма появления таких электронов, также, как и свободных электронов впереди волны градиента потенциала, не объясняется и причина большой скорости движения этой волны

Теория волн пробоя не объясняет наблюдения максимальной скорости волны и минимального ее затухания при постоянном д авлении газа, независящем от радиуса трубки; не объясняет причину существования одинакового отношения между пробивным напряжением и максимальным давлением газа (выполнения закона подобия) для трубок различных радиусов.

В существующих теориях стримерного пробоя газа не ясен механизм подвода энергии к головке стримера для поддержания ее заряда. Рождение головки не связывается с процессами на катоде, - между ним и головкой отсутствует гальваническая связь. Тоже самое наблюдается и в разряде УПГ: по длине разрядной трубки может проходить единичный объемный заряд только одного, отрицательного знака, оставляя после себя только возбужденные атомы и молекулы газа

Вышеизложенное показывает важность исследования механизма развития разряда У Iii, его непосредственное отношение к природе физических явлений, наблюдаемых во многих разрядных процессах, особенно в тех, феноменология которых сходна с разрядом УПГ, а практическая значимость которых определяется их влиянием на развитие современных технологий, на технический прогресс в целом.

Предметом настоящего исследования является установление природы самостоятельности и стационарности разряда униполярного пробоя газа (УПГ) в длинных (>4м) трубках; возбуждаемого электрическими импульсами одной полярности на единственном поврьпии-электроде (ПЭ), размещаемом на внешней поверхности стеклянной стенки трубки; установление всех стадий механизма развития разряда УПГ.

2. Научная новизна.

В диссертации исследуется новый тип разряда - разряд униполярного пробоя газа (УПГ) с единственным покрышем-электродом (ПЭ), размещенным снаружи стеклянной стенки длинной (> 4 м) трубки.

При этом:

-проведены первые систематические исследования явлений, сопровождающих пробой газа импульсным потенциалом на ед инственном изолированном электроде;

-впервые для объяснения разрядного процесса предложено ввести понятие плотности энергии газовой среды Wr и обоснована возможность ее определения через давление газа р; при этом Wr соотносится с её потенциальным полем Ег (Wr -Ар- 0.5 е0Е2г\ Ег = (2Ар ¡£0)р);

-впервые при исследовании разрядных процессов с нормальным состоянием воздушной атмосферы (ра = 760 Topp, Та = 273 К ) предложено соотносить нормальную плотность её энергии Wa = Ара - ра<р0, "нулевой" потенциал пространства <р0 с "кулевой" плотностью его заряда р0, и его поле

Е0 = (¿Ар0/£0)Р, являющиеся теми аддитивными постоянными, на фоне которых локальные изменения в 1¥0 (и р0) приводят к появлению локальных полей в и потенциалов д> ;

-впервые при объяснении развития разрядного процесса предложено соотносить с одаой молекулой разреженного газа два различных объема пространства объем УтТ = ИТ/Ар - достаточный для сохранения молекушй ее тепловой энергии, и объем ущ = (4/з)я-$~р/2| р~г), который в действительности приходится на одну молекулу;

-впервые для объяснения проникновение поля в объёмы разреженного газа в замкнутых металлических оболочках цишшдричеосой геометрии предложено и обосновано рассматривать поверхность ПЭ с импульсным потенциалом на нём в качестве источника одновременно и потенциального, и вихревого поля;

-обнаружен и исследован эффект излучения поверхностно объёма с разрядом УПГ импульсного электрического поля с частотами, кратными частоте возбуждающих импульсов потенциала, а также наведения электрических зарядов в воздушной и вод ных средах; окружающих объем с разрядом,

-обнаружен эффект излучения поверхностью объёма разряда УПГ электромагнитного поля в диапазоне коротких и длинных волн;

-установлена природа сильных (порядка стационарного давления газа) акустических колебаний, возбуждаемых в разряде УПГ;

-обнаружено явление смещения газовой среды из остального объема разрядной трубки в объем области свечения газа под поверхностью цилиндрического ПЭ при поступлении на него импульсов потенциала отрицательной полярности.

Цель исследования диссертационной работы

На основе анализа результатов экспериментов с разрядом униполярного пробоя газа (УПГ) и теоретических механизмов известных разрядных процессов предложить модель механизма развития разряда УПГ.

Для этого в работе решаются следующие конкретные задачи

1. Анализируются результаты экспериментальных исследований стационарных и импульсных газоразрядных процессов, имеющих общую феноме-налошю с импульсным разрядом УПГ.

2. Устанавливаются границы существования разряд а УПГ (в координатах давления газа и амплитуды импульсного потенциала на ПЭ, <рц(р)\ возбуждаемого в разреженном газе внутри цилиндрических металлических трубок, или в стеклянных трубках со сплошным металлическим покрытием.

3. Исследуется влияние параметров возбуждения разряда (давления газа Р> амплитуды (рк и длительности ^ импульса потенциала на ПЭ, площади 8ПЭ ГО, радиуса ц трубки) на геометрию области свечения газа и локализации пространственного заряда под цилиндричесзсим ПЭ.

4. Исследуется процесс рождения (формирования) в объеме газа вне ПЭ свободного объемного заряда, ООЗа; исследуется зависимость его объема Уаз от размеров области свечения газа непосредственно под поверхностью ПЭ.

5.Устанавливается закономерность в изменении размеров объема У03

СОЗов при их продольном движении по объему газа внутри трубки.

6. Устанавливается зависимость скорости и протяженности продольного перемещения СОЗов от параметров возбуждения разряда.

7. Исследуются характеристики излучения импульсного электрического поля поверхностью объема с разрядом УПГ.

8. Исследуется частотный спектр сильных акустических колебаний, возбуждаемых в объёме газа с разрядом УПГ; его связь с процессом формирования пространственного заряда под поверхностью ПЭ и движением СОЗов по объему газа

9. Разрабатывается модель явления, использующая понятия плотности энергии пространства газовой среды и поля, соответствующего этой плотности.

3. Области практического применения свойств разряд а У111.

Важным информационным свойством разряда УПГ, отличающим его от остальных типов разрядов в замкнутых газовых объемах, является свойство объема разряда быть источником [24,25] сильного (порядка 10 кЕЙя) импульсного электрического поля и свобод ных электрических зарядов, наводимых в газовых и жвдких средах, контшстарующих с объемом этого разряда.

Наличие такого свойства у разряда УПГ определило и широкий диапазон областей его практического применения. Так, технологичность ввода объема разряда в активные (рабочие) зоны различных (в том числе и высокотемпературных) реакций позволяет, и контролировать ход этих реакций [17,18], и воздействовать на их результат, ускоряя или замедляя их [19]. Аналогичен результат влияния излучения УПГ и на биологические объекты различное (по направлению) смещение пространственного заряда в воздухе относительно поверхности объема УПГ оказывает [20] или стимулирующее, или угнетающее воздействие, например, на прорастание семян, размещаемых возле излучаемой поверхности объема УПГ. Явление наведения зарядов различного (заданного) знака в воздушном и водном пространстве вокруг поверхности объемов УПГ используется и для других целей, например, в схемах питания полупроводниковых лазеров и диодов [23,26], в устройствах контроля за состоянием воздушной и водных сред [21,22].

4. Объем диссертации

Диссертация состоит из пяти глав, заключения, списка цитированной литературы и приложения

В первой главе диссертации рассматриваются результаты исследований механизмов развития известных разрядных процессов, имеющих общие свойства и проявления с разрядом УПГ.

Вторая глава диссертации содержит описание результатов экспериментов по исследованию усювий возбуждения разряда УПГ.

В третьей главе диссертации приводятся результаты исследований основного свойства разряда УПГ: способность его объема быть источником переменного электрического поля и свободных зарядов, наводимых в среде, окружающей объем с разрядом.