Радиальное развитие и излучательные характеристики канала импульсного разряда во внешнем магнитном поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДОМИЯ НАУК 1ШГИТУТ ВЫСОКИХ 1ЕШЕРАТУР

Р Г Б од

■ '¡О1' На правах рукописи

Эльдаров Иахыурдкн Шарабдкнович

УДК 537.ЬЙ1

РАДИАЛЫКЕ РАЗВИТИЕ И ИЗЛУЧАТЕЛЬШЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛА ИШУЛЬСНОГО РАЗРЯДА ВО ВНЕШНЕЙ МАГНИТНОМ ПОЖ

Специальность 01.04.09 - физика и химии плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученоП степени кандидата физкко-мптемятичвских наук

Чоокяа •

Работа выполнена на кафедре общей физики Дагестанского птудврственного университета

Я:\/чмый руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Омаров O.A.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических неук

профессор Рухадэе A.A. к.ф.-м.н., ведущ.неуч.сотр. Марковен В.В. Вглущая организация: Московский Государственный Университет

физический факультет, г.Москва

Зчщита состоится "ЗО " ¿¿¿¿алед-З 1994 г. в /Р часов нп заседании Специализированного совета К 002.53.01 Института высоких температур РАН по адресу: I274I2, Москва, Ижорская ул. 13/19, ИВТАН

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВТЛН Аитореферат разослан и ^Ъ " ^¿scuij 1994 г.

У'^ннЧ секретарь •"'Чецнелизировалного совета,

кандидат физико-математических наук У А.Т.Кунавин

с

.-ипуг öh :.;k;;v температур РАН .1994г.

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

Диссертация посвщена исследования канальной стадии разви-ип импульсного разряда в газах высокого давления с целью выясне-ия роли физических механизмов способствующих радиальному развитию аналв и определении излучательннх характеристик газоразрядной лазмы в магнитном поле. Интерес к исследования канальной стадии роцесса пробоя газовых промежутков зысокого давления обусловлен ем, что в канале искрового и сильноточного разрядов за короткое ремя выделяется значительное количество рнергии, и по этой причи-е, ставится вопрос сб эффективности использования искрового раэря-а в качестве интенсивной световой всиняки для целей скоростного отографированкя быстропротекапщих процессов, оптической локации, сследования кинетики фотохимических реакций, а мощного импульсно-о разряда, для накачкн»оптических квантовых'генераторов.

Актуальность темы исследований определяется тем, что построе-ие последовательной теории развития разрядов з газах, как с точки рения электрических характеристик, так и с точки зрения особеннос-ей спектра, требует выяснения роли физических механизмов способст-уюцих радиальному развитию плазменного канала разряда. Дело в тот», то характер спектра излучения плазменного "анлла разряда определятся зеличинсЧ плотности тека и для его понимания, в частности тобы выяснить как влияют на спектр параметры контура или газа в отором происходит разряд, необходимо учитывать влияние этих пара-етров не только ня силу то;:а, но и на диаметр канала разряд,а.

С другой иторс.ни наблюдаемое п эксперимента;: насыщение яркос-и свечения канала -.тмлульсисго разряда попиленного давления связано практической невозможностью повысить температуру плазмы вследствие ыстрего расширения токоведущего канала и значительного роста ее еплся'кости п^г левьпении температуры. При ятом, надо заметить, то именно сверхзвуковая стадия расширения канала разряда, не-мотря на значительную диссипацию выделяемой электрической энергии а газодинамический разлет плазмы разряда, характеризуется высокой ркостьп свечения канала. В связи с этим для повышения эффектив-ости трансформации электрической энергии в световую, за счет меньления потерь на газодинамический разлет плазмы и роста дельного энерговклада, представляет интерес инициирование элекг-ической искры в присутствии внесшего продольного магнитного поля, ■ретиведазленио со стср'Сны'которого соизмеримо с гязскинетяческин :яв.:онкем плазмы.

Цель работы заключается в систематизированном экспериментальном исследовании и теоретическом обосновании закономерностей связанных с влиянием внешнего магнитного поля на физические мзханизмь осуществляющие поперечный перенос энергии в плазменной канале импульсного разряда в газах повышенного давления к, соответствующих изменен»" в характере спектра излучения газоразрядной плазмы. Для этого производилась совместная регистрация вольтаыпернкх характеристик /ВАХ/, оптических картин пространственно-временного развития канала при помощи сверхскоростного фоторегистратора работающего в режиме микрофотохронографа и спектров излучения разряда. Регистрация оптических картин расширяющегося канала с большим разрешением по световому потоку позволило заметить явление отделения фронта ударной водны /УВ/ от границы какала разряда и исследовать влияние внешнего продольного магнитного поля на его радиальное и излучательные характеристики отдельно как на сверхзвуковой, так к на дозвуковой стадиях его расширения.

В качестве механизмов осуществляющих сверхзвуковой перенос границы канала разряда по нейтральному газу рассмотрены гидродинамический механизм и механизм лучистой теплопроводности. Получена явная зависимость скорости расширения канала разряда от значения напряженности внешнего магнитного полк на стадии совместного распространения фронта УВ и границы канала разряда, что позволяет объяснить особенности радиального развития и спектров излучения обусловленного воздействием магнитного поля.

Научная новизна работы состоит в том, что экспериментально и теоретически исследована роль различных физических механизмов способствующих поперечному переносу анергии внутри плазменного столба разряда в газах высокого давления и характер, обусловленного особенностями радиального развития разряда в присутствии внешнего магнитного поля, спектров излучения газоразрядной плазмы.

В отличие от известных работ, посвященных исследованию канальной стадии процесса пробоя газовых промежутков высокого давления, в диссертации теоретически и экспериментально показана азг-имная обусловленность закономерностей радиального развития разряда и спектров излучения плазмы, причем эти закономерности исследо-ваьы отдельно на сверхзвуковой и дозвукоьой стадиях расширения канала.

В качестве механизмов,способствующих расширению канала разряда со сверхзвуковыми скоростями рассмотрены гидродинамический механизм и механизм лучистой теплопроводности, а с дозвуковыми

скоростями - электронная теплопроводность, радиальная диффузия гастиц плазмы, "лучистый перенос" энергии в оптически тонкой плаз-ie и процессы фотоионизации.

При этом в диссертации впервые:

1. Исследовано влияние магнитного поля на газодинамические ха~ 1актеристики канала разряда, на стадии совместного распрострапеяил 'раницы канала п фронта УВ, учтено через граничные условия получение для случая сильного разрыва при наличии магнитного поля по

К5в стороны от поверхности разрыва.

2. В зависимости от параметров разрядного поитура, сорта raía и перенапршенности внешнего магнитного поля исследованы осо-¡енности динамики разряда и соответствующее этому распределение ¡нергетичегкой яркости излучения канала.

3. Исследовано влияние внешнего магнитного поля на радиальное ^определение газодинамических функций канала разряда.

4. В явной зависимости от напряженности внешнего магнитного юля получен закон переноса границы канала разряда для случаев •идродинамического механизма.механизма лучистой теплопроводности, »лектронной теплопроводности и радиальной диффузии частиц плазмы тзреда.

5. Установлена зависимость степени однородности и амплитудного >начения яркости свечения канала разряда от скорости ввода энергии

) разрядный промежуток.

Научная и практическая ценность работы определяется актуаль-юстыо тематики исследований и новизной рассмотренных задач.

В проведенном автором исследовании:

1. Раввиты физические представления о процессах,происходящих энутри плазменного канала импульсного разряда в газах высокого давления, что способствует пониманию характера спектра излучения

i его особенностей з присутствии внешнего продольного магниткогг юля.

2. Показана возможность повышения эффективности трансформации электрической энергии, выделяющейся в разрядном промежутке, в св<?-гозую за счет роста удельного энерговклада в кенпл разряда и умень-пения потерь энергии на газодинамический разлет плазга.

3. Указан способ достижения более быстрого перехода УВ, передний фронт которой распространяется совместно с границей плазменного столба разряда, в звуковую, что может быть использовано цля ослабления разрушительного действия интенсивней УВ.

4. Показана принципиальная возможность управления спектральной селективностью излучения газоразрядной плазмы, т.е. в присутс вии магнитного поля происходит перераспределение спектральной пло ности энергетической яркости излучения.

Ь. Изобретения,сделанные автором и защищенные авторскими сви дь^ельст.шми и патентом, вносят вклад в оптическое приборостроени а частности они могут бить эффективно использованы в области физи к;: б^птропротекающих процессов.

Автор выносит на защиту развитые в диссертационной работе те ретические представления о физических процессах,происходящих внут ри плазменного канала имцульсного разряда в газах высокого давления п, установленные экспериментально, закономерности радиального развития и спектров излучения газоразрядной плазмы в присутствии продольного внешнего магнитного поля. Основные положения выносимы алтором на защиту заключаются в следующем:

1. На стадии ссшестного распространения фронта УВ и границы канала разряда, инициируемого во внешнем магнитном поле, противодавление со стороны которого на плазменный поршень соизмеримо с газскинетическим давлением плазмы, при наличии магнитного поля по обе стороны от. поверхности разрыва происходит увеличение ширины сильного разрыва - УВ. В результате этого происходит уменьшение интенсивности, следовательно и скорости распространения УВ образующейся при пробое газового промежутка высокого давления.

2. Уменьшение скорости радиального развития искрового канала в присутствии внешнего продольного магнитного поля приводит, при тех же значениях параметров разрядного контура, к существенному росту удельного внерговклада в разрядный промежуток и плотности тока разряда. Так рост напряженности магнитного поля от нуля до 10^ А/м способствует росту удельного внерговклада от значения ЮЬ Вт/см3 до 10^ Вт/см3, а плотности тока разряда от 10 до

Ю7' А/см2.

3. Вследствие уменьшения скорости газодинамического разлета плнимы в присутствии магнитного поля электронная концентрация с риптом напряженности внешнего магнитного поля от нуля до 10^ А/м попрпстает, приблизительно, в пять раз, п температура почти на по рядок. В случае Н"-10® А/м электронная концентрация за I мкс уменьшается от 2-Ю® до 10 ® а температура ли то же ■'[гмя ця,и"("г пт 10° до 10^ К.

4. При скоростях роста тока А/сек, р случ.ч" отсутсгчт1 1ЯГНЧТНСГО поля, наблюдается экранировка излуч ••.•ия ¡;з канала иг* ■рм низкотемпературным лрогреэрнм слоен образующими пррел фронт-" ИП^НСИЧНОЙ УВ. П?И РЧЧГЧР"ИН »ПГНКТНСГО ПОЛЯ, С нопрЯЯРНИГСТИ) I Л/м вследствие уменьшения интенсивности УВ экранировка на-:туппет уже при скоростях роста тска 10^ А/сок. Это обстоятельно способствует усилении выхода излучения из канала искрн. Уста ювленс.что отношение яркостей свечения, ßH /Во • 8 Диапазонг» иин волн 400-440 нм при значении Н —ЮЬ равно 1,7.

Достоверность результатов подтверждается их непротиворечи-юстып с имеющимися экспериментальными исследованиями, соответ-:твием измерений,проведенных при помощи независимых методик и тео этическими рассмотрениями других авторов как в нашей стране, так i за рубеяом.

Апробация работы.Основные результаты диссертации докладывали''! ta I Всесоюзном совещании по физике электрического пробоя газов 'Махачкала, K8Z г./, на 12 северо-кавказских чтениях по физике/ 'Ростов, 1984 г./, на 4 ВсесопэяоЯ конференции по физике газового )азряда/Махачкала, 1966 г./, на Всесоюзной конференции по низкотемпературной плазме /Ленинград, I9Ü6 г./, на региональной конфе-зенции по физяко-хпмкчеекпм процессея в олбктрическях разрядах 'Грозный, 1993 г./ на 6 конференция по физике газового разряда 'Казань, 1992 г./, а также на научных семинарах 1дГУ км.М.В.Лшо-locosa и ДГУ им. В.И.Ленина.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, спи-:с- которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изло яена на 153 страницах, содержит 35 рисунков, 7 таблиц и 103 литературных ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении в краткой форме сформулированы рассмотренные в диссертации эопросы и основные задачи исследования, проведено сбс^неванче актуальности и новизны тематики, приведено краткое ссл»\жани° диссертация и изложены основные результаты.

В г."1!"1» I г-смочится краткий обзор работ, гиепчменнт- во'!. г?-!.: , чд:;п.т-«" гс ¿"»pv^in к иялучагольнн« хэрат.епгстигт.т.:

Ь

плазменного канала импульсного разряда в газах высокого давление,

В 5 1.1. проводится анализ работ, посвященных исследовании физических механизмов, способствующих радиальному развитию канала импульсного разряда повышенного давления. Отмечается, что попытки объяснить сверхзвуковое расширение канала разряда, на начальной стадии его развития за счет диффузионного механизма и определить его диаметр из условия равновесия мевду избыточным давлением газа ь результате ионизации и электромагнитными силами,стягивающими канал оказались безуспешными. Не принесли успеха и теории, в которых скорость расширения канала искры, в частности, принималась равной' тепловой скорости частиц газа или объяснялась различными видами теплопередачи, фотоионизацией.

Особое внимание уделено в обзсре анализу классических работ С.Л.Мандельштша и его сотрудников, в которых впервые обращено внимание на "на давно известное свойство разряда - возникновение довольно сильных УВ со скоростями распространения порядка 1-2 км/сек".

В § 1.2. анализируются работы, посвященные исследованию излу-чательных характеристик искрового и сильноточного разрядов. Обра-щего внимание на качественную трудность предположения о фотоиониза ционнсм механизме расширения канала, которая заключается в том, что коэффициент поглощения коротковолнового ионизирующего излучения различный в разных газах, а скорость расширения канала разряда примерно одинакова независимо от сорта г:за.

Отмечается несоответствие результатов исследований различных авторов о характере радиального распространения искрового канала и радиального распределения газодинамических функций канала разряда, а также временного хода их изменения, что влечет существенные расхождения в понимании спектров излучения плазмы газового разряда. При этом почти отсутствуют работы, в которых исрледуются явления связанные с перераспределением газодинамических функций искрового и сильноточного разрядов в присутствии внешнего магнитного поля и, соответственно, возникающие особенности в характере спектров излучения. Исследованию влияния внешнего магнитного поля на оптические и электрические характеристики канала импульсного разряде высокого давления посвящен § 1.3. Особое внимание уделено анализу работ, в которых исследуется влияние внешнего магнитного поля на насыщение, яркости свечения канала разряда. Замечено отсутствие теоретических работ, объясняющих наблюдаемые закономерности.

Глава 2 посвящена описанию экспериментальной установки и ме-■одик измерений. В § 2.1. описана экспериментальная установка, [реяназначенняя для регистрации вольтамперных характеристик и сп-кческих картин пространственно-временного развития канала при по-ощи сверхскоростного фсторегистратора, работающего в режиме мик-офотохронографа. Временное резрешение установки, равное около . О не, выбиралось из соображений, что г.ри скорости нарастания си-к тскз а гпнадр 10^ А/сек и сксрссти ррсиирения канала, прибли-ительнс, 10^ у/сг<-- :ч "г*я, рг.зисе 10 не величина силы тока из-рнпятся, примере, и4 10 Л, п радиус »зияла рпзргда менее чем н-,05 "??, ч-е сд о?четс"»упГ' пггреанссгям «зчерериЯ этих величин, пределпе?-ых клпссс?' тсчиссти используете измерительных приборов свойствами причиняемых фстомчтериалгв. Регистрация оптических яртнн, развизпспегсся при пг-чощи микрофотохронографя,

т.е. с бсльт.-гм рарг^шеч^вм по сэеточсу потоку, позволила уви-,°ть процесс отделения френта УВ ст границы канала разряда, а спсльзсзяние электрсннсоптнческого затвора Керра увеличило вре-еннсе раэреглрчие дс о не.

Экспериментальняя установка, рассмотренная в § 2.2. пеэве-яет производить регистрацию спектров излучения разряда, иниции-уемого з присутствии вметшего продольного магнитного поля, фотографическим и фотоэлектрическим способами. Списанное фотоэлектри-есксе устройство для исследования спектров излучения, защищенное вторским свидетельством, позволяет производить регистрацию спек-ров излучения при наличии нестационарных электрических и магнит-ют полей с большой стабильностью и высоким временным разрешением, то достигается вследствие того, что в качестве основных элемен-ов данное устройство содержит оптический канал связи между излу-ающим объектом и измерительным прибором и мультсборник с индук-ивным каналом езязи между фотоприемником и фоторегистратором.

В § 2.3. описана экспериментальная установка, предназначен-ая для калибровки системы ФЗУ - мояохроматор. Суть калибровки водится к тому, чтобы используя источник с известнш распределении энергии по спектру, определить величину фотстока соответству-щегс световому потоку в I Вт, падающее на фотскотод ®ЭУ, для сегс диапазона длин велн излучения. Для калибровки использо-ался этчленный источник сплошного спектра ЭВ-45, который в об-гстк длин зелн 400-^00 нм излучает как абсолютно черное тело с ем л ер я тур ей I ='10000 К.

В § 2.4. рассмотрен способ идентификация моментов времени леи параллельной регистрации параметров одного или нескольких •роцессов, суть которого заключается в том, что до начала регистрации параметров исследуемого процесса на носителе фотсрегистра-гора наносят метку внешним световым излучением, затем в ту же точку устанавливают фотоприемник, а синхронизирующие сигналы, попеваемые на другие регистраторы, формируют во время фоторегистрации в пределах метки. Способ идентификации моментов времени защитен авторским свидетельством. Таким образом, экспериментальная установка в целом была создана таким образом, чтобы синхронизация и идентификация моментов времени при совместной регистрации электрических и оптических параметров плазмы разряда осуществлялись нвтоматически за счет фукционирования самого исследуемого процесса.

Глава 3 посвящено обсуждению результатов экспериментальных исследований искрового разряда в присутствии внешнего продольного магнитного поля.

В § 3.1 рассматриваются особенности радиального развития искрового разряда во внешнем магнитном поле на сверхзвуковой и дозвуковой стадиях расширения канала. Экспериментальные исследования радиального развития канала искрового разряда, инициируемого в воздушном и аргоновом промежутках длиной £ «3 мм и перенапряае-ниях V/ «Ю-ЗОл, проводилось в параметрической зависимости от напряженности внешнего магнитного поля, значение которого варьировалось в пределах от нуля до 10^ А/м, путем совместной регистрации ВАХ и оптических картин изображения канвла разряда. Фоторегистрация с большим разрешением по световому потоку позволила исследовать внутреннюю структуру плазменного столба разряда и заметить процесс отделения фронта УВ, образующейся при пробое, от границы искрового канала. Так замечено, что примерно четверть периода колебаний тока разряда однородно светящийся канал искры расширяется со сверхзвуковой скоростью, затем фронт свечения разбивается на два фронта: один из них - УВ продолжает распространяться со скоростью,превышающей скоромь звука, а другой переносится пс нейтральному газу с дозвуковой скоростью. Длительность стадии совместного распространения двух фронтов свечения, определяется, в ссновном, скоростью поступления энергии в разрядный промежуток и значением напряженности внешнего продольного магнитного поля. Причем, как установлено экспериментально, длительность стадии совместного распространения обоих фронтов свечения растет с увеличением скорости энерговклада и уменьшается с ростом напряженности внешнего магнитного поля (см. Рис. I и '¿).

8

Рис.1 . СФРграьша радиуса искрового канала и осщшлограь-14а тока разрада снятые совместно с дпентифшщвонной маткой времена.

Й10. г. Оптические карпиш расширяющегося канала искры в воздухе Дра раалдчша значении напряженности внешнего дро-доиваго магнитного поая Н в параметра И / I/ . а - Н - О, 4 / Ь - Ю9 Д/Гн; 6-H-0.ll/L » К^В/Гн; в - Н 1/м. и / Ь - 10® В/Гн; г - Н~1СР А/и.

- Ю11 Д/Гн.

Зак-н совместного распространения фронта УВ и границы канала разряда, стадия сверхзвукового расширения канала, в явной зависимости от напряженности внешнего продольного магнитного поля, получен приблииенным рассмотрением задачи сильного цилиндрического взрыва с учетом граничных условия полученных для случая сильного разрыва при наличии магнитного поля по обе стороны от поверхности разрыва.

Известное соотношение

рс _ &-и)Р,-КУ-Ш

ЗГ~ (г-1)Рв+С*+ОР1 <1}

где Д и у - плотности возмущенного и невозмущеннсго газов,

и ^ давления соответственно, У - показатель адиабаты газа, для случая сильного разрыва ( ) при наличии магнит-

ного поля по обе сгороаы от поверхности разрыва, легко может быть преобразован к виду

А+Рн

т= дат (2)

ги

Как видно, выражение (2) при Рн=:0 переходит в извеслное граничное условие для сильной ударной волны

Л _ у~1 .

Р{ ~ о)

Записав, аналогично (2), граничное условие для давления газа за фронтом УВ, при наличии магнитного поля

(1)

ам

и учитывая связь между даьленнем газа ля '!>р1НТоч волны и сухости переноса фронта УВ относительно зсзмуненного г>-зя, получено уравнение дэижения газе сосредоточенного в елсч охвяиешкго взрывной волной

(Ь)

где <к - постоянная величина, значение которой определяется из .закона сохранения энергии.

"Т(зт) ш

Для не очень больших чисел Наха (М 10-15) найдено решение уравнения (5)

где & - постоянная интегрирования

Г щ-исзг-н) _1 ±\

а = I и/ (в)

где £ - внерговклад на единицу длины разряда.

Таким образом, как следует из формулы (?) скорость совместного распространения фронта УВ и границы искровогоганала растет с увеличением удельного энерговклада и убывает с ростом напряженности внешнего продольного магнитного поля.

Рассмотрен случай расширения канала импульсного разряда за счет механизма лучистой теплопроводности. Этот случай имеет место при условии, когда рооселандова средняя длина свободного про-иега квантов света tf соизмерима с диаметром канала разряда. Решая уравнение "переноса тепла, написанное в цилиндрической симметрии, с немощью размерностных соображений получен закон распространения тепловой волны /ТВ/ при значениях температуры плазмы ка-H'-'Jif. ^«»pRiia ti пределах Т = I04-2,5*10Ü К и плотности Ю-10 ро

r(t)«(Qnrt)Ä^,1> t^ (9)

£

где Q — ' Е - количество теплоты '••-■делнмщийся в столбе разряда в расчете на единицу длины, fi - плотность газа, Cv - удельная теплоемкость газа при постоянном объеме.

Сравнение формул I и 2 показывает, что закон распространения ТВ характеризуется более сильной временной зависимостью, чем для УВ. Поэтому скорость распространения 1В уменьшается быстрее, чем у УВ, хотя на начальной стадии развития канала ТВ распространяется с большей скоростью, чем УВ.

На стадии расширения искрового канала с дозвуковыми скоростями получен закон переноса границы канала разряда по неподвижному нейтральному газу за счет механизмов радиальной диффузии чвстиц плазмы и электронной теплопроводности.

В § 3.2. исследовано влияние параметров разрядного контура и напряженности внешнего магнитного поля на характер радиального развития и электрические характеристики искрового канала на стгдии когда граница канала разряда не совпадает с фронтом УВ. Измерены такие важные, для понимания характера спектров излучения, электрические параметры как плотность тока, удельный энерговклад, электропроводность плазмы и оценена электронная температура. В момент отрыва фронта УВ от границы искрового канала замечен слабый всплеск плотности тока длительностью равной времени дрейфа электронов между электронами разрядного промежутка, который с ростом напряженности магнитного поля становится все более отчетливш.

По измеренным значениям силы тока J(~t) , напряжения НИ) и радиуса канала разряда f(t) экспериментально определена доля К (t) электрической энергии £(t) идущей на сообщение кинетической энергии плазме TCt) в момент отрыва УВ от токоирово-длщего канала

где Установлено, что максимальное значение при-

ходится на момент времени Ь =600 не, отсчитанного с момента резкого падения напряженности на промежутке, что совпадает со временем формирования; искрового канала.

Глава 1У посвящена исследованию закономерностей в спектрах и излучательных характеристик искрового канала во внешнем магнит-нем поле.

В 5 4.1. исследовано влияние внешнего продельного магнитного ноля на светотехнические характеристики плазмы искрового канала. В частности, предварительно откалибровав при помощи эталонного ис очника систему монохроматор-ФЭУ, определялось распределение энергетической яркости излучения по спектру. Изучалось влияние скорости ввода внергии в разрядный промежуток и напряженности внешнего продольного поля на насыщение щжости свечения плазменного столба разряда. Установлено, что при значении параметра/1/^ , определяющего скорость энерговклада в пробиваемый промежуток, превышающих В/Гн наступает экранировка видимого свете, излучаемого токопроводящим каналом, низкотемпературным прогрезньм слоем образующимся впереди сильной УВ.

В § 4.2 электронная температура плазмы определялась методом относительных интенсивностей спектральных линий. В аргоновой плазме рассматривались линии АГI 4335,3 и Агй 4400,99 им, которые имеют достаточную *фкость с момента образования канала искры до его перехода в стадию кввзиствционврной дуги. При этом заселенность верхних уровней спектральных линий определялась балансом между возбуждением из основного состояния электронньм ударом и девоз-бувдением вследствие ударов второго рода.

Из экспериментальных исследований следует, что с ростом напряженности внешнего магнитного поля от нуля до 10 А/ы, при прочих одинаковых начальных условиях эксперимента наблюдается сдвиг максимума энергетической гфкостн излучения в коротковолновую область спектра приблизительно на 0,1 эВ. Для длины волны А «440 нм,соответствующей максимуму спектральной чувстсительности фотокатода ФЭУ-79, получено отношение щжостей свечения Вн (Во*1!, Р. (Рис. 3).

В § 4.3. по полуширине спектральных линий бальмеровской серии водорода определена электронная концентрация плазмы искрового канала в присутствии внешнего магнитного поля. Экспериментально установлено, что за время сверхзвукового расширения канала разряда концентрация электроне? л плазме искрового канала падает от значения 2-10* до 10*® см"1^. Для сравнения за то же время электронная температура падает от 10® до 10^ К. Здесь ке показано, что наличие оболочки у канала искры приводит к более слабой температурной зависимости электронной концентрации, чем это следует лз теории.

1.0

> II , 4...... I

3 4 6 1<ЦН

Рио. 3 . Наошцегаа яркости свечения искрового канала ара росте напряженности внешнего магнитного пола.

В § 4.4. исследовано влияние параметров разрядного контура ¡ш излучательные характеристики канала искрового разряда во внешнем продольном магнитном поле. Установлено, что изменение индуктивности разрядного контура сказывается, большей частью, на начальной стадии развития канала, рост напряженности электрического :юля приводит к скоростному вводу энергии в разрядный промежуток 1| растет общая длительность канальной стадии, а с ростом емкости растет длительность стадии расширения искрового канала с дозвуко-скоростью. Помимо этого здесь же установлено влияние параметров разрядного контура на структуру свечения искрового канала.

В § 4.5. подведен энергетический баланс в канале искрового разряда. Установлено, что при общей массе газа, сосредоточенного в объеме искрового канала 1,8«10 кг, кинетическая энергия разлетающейся плазмы, при скоростях расширения канала я: 2 км/сек, равна 0,036 Дк. Энергия ионизации, в случэе аргона с потенциале« ионизации 15,3 эВ, равна 0,66 Дж, энергия идущая на разогрев плазмы 0,15 Дж. В соответствии с уравнением энергетического баланса излучение из канала искры уносит энергию, примерно, 0,156 Дж.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные в работе особенности динамики и излучения искрового канала во внешнем продольном магнитном поле позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработанный комплекс диагностических методов с высоким пространственно-временньы разрешением позволил получить достоверные данные о динамике, структуре и излучательных характеристиках плазмы искрового канала в широком диапазоне изменений внешних параметров - величины приложенного магнитного поля /0«Н**10 к/и/, удельного энерговклада /Ю-* Вт/см £ 5 10 Вт/см3/, начального давления и сорта газа.

2. Показано, что наличие магнитного поля приводит к существенному уменьшению скорости радиального развития искрового канала и ослаблению УВ распространяющейся по невозмущенному газу. Так при величине напряженности магнитного поля Н к/и скорость расширения канала разряда уменьшается, примерно, на 40$ по сравнению со случаем свободного расширения плазмы. Величина скорости УВ при ее отрыве от токового шнура составляет оке-о 600 и/сеч и практически не зависит от величины приложенного внешнего магнитного поля.

3. Наличие магнитного поля способствует значительному увеличь нию удельного энерговклада в разрядный канал, что, в свою очереди, приводит к существенному, почти в 10 раз, увеличенча плотности ка, При этом яркость свечения центральной части разрядного канал« /зона высокой проводимости/ с ростом напряженности внешнего продольного магнитного поля от нуля до 10° к/и а видимой и ультрафиолетовой областях спектра возрастает почти вдвое.

4. Электронная концентрация с ростом напрязенности внешнего магнитного поля от нуля до ЮЬ к/и возрастает, примерно, в пять рк.-. а температура почти на порядок. При этом, в случае Н*-К6 А/ы, электронная концентрация за I мкс уменьшается от значения 2 10^

до 10 а температура падает от 10^ до 10^ К.

5. В случае Н»0 при скоростях роста тока 10*® А/сек наступаем экранировка излучения из канала искры низкотемпературным прогрев-ныу слоем образующимся перед фронтом интенсивной УВ. При наложении магнитного поля, с напряженностью Н "ЧО0 А/ы, вследствие ослабления интенсивности УВ, экранировка наступает при больших скоростях роста тока /"^10** А/сек/, т.е. при больших значениях скорости энерговклада в разрядный промежуток, что способствует усилению выхода излучения из канала искры. Так установлено, что отношение яркостей свечения, в диапазоне длин волн 400-440 нм, В„/Вг, »1,'?.

п и

. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Эльдаров Ш.Ш., Омаров O.A., Эфендиев К.А. О развитии искрового канала пробоя аргона в сильных магнитных полях. Всесоюзн. совещ. по физике электрического пробоя газов. Махачкала,1S62. Тезисы докладов, с. 40-41.

2. Эльдаров Ш.Ш. Расаирениа искрового канала во внешнем продольном магнитном поде. Тр. молодых ученых Дагестана. Махачкала, 1982, с. 50-54.

3. Эльдаров Ш.Ш. Радиальное распределение газодинамических функций канала искрового разряда. Региональн. совещ. по физ. сегнетоолектр. и диэлектр. Грозный, 1984, Тезисы докл. с.Ь.

4. Эльдаров Ш.Ш., Эфендиеа К.А. Электрические и оптические характеристики импульсного разряда высокого давления но внешних магнитных полях. В мех. вуз. сб. "Пробой диэлектрики! и полупроводников", Махачкала, 1964, с. 90-100.

5. Разработка комплекса аппаратуры для тм'^нчим парам'.--, -.в длинных искр а воздухе //Итоговый |г«учно-:и*оле?и ir-»•

отчет по х/д J? 9/186 - 1986, - № гос. регистр. 018601234478.

6. Эльдаров Ш.Ш. Радиальное развитие канала искры во внешнем магнитном поле. Сб. материалов 4 Всесоюзн. конференции по физике газового разряда. Мвхачкала, 1988, с. 50-62.

7. Эльдаров Ш.Ш., Омаров O.A. Энерговклад и скорость расширения канала искры в сильных продольных магнитных полях.//Изв. ВУЗов, Т.41, вып. 9, С.125-126.

н. Омаров O.A., Эльдаров Ш.Ш., Якубов И.В. Влияние внешнего продольного магнитного, поля на насыщение »фкости свечения искрового канала. Региональн. конференц. по физико-химическим процессам в электрических разрядах. Грозный, 1990, с.29-32.

9. Омаров O.A., Эльдаров Ш.Ш., Якубов И.В. Сверхзвуковая стадия расширения канала искры во внешнем магнитном поле.//Меж. ВУЗ сб. "Физика газового разряда", Махачкала, 1990, с Л19-123.

Ю. Эльдаров Ш.Ш., Омаров O.A. Устройство для исследования спектров излучения. Авт. свидет. - № I6792I4. 22.05.1991.

II. Смаров O.A., Эльдаров Ш.Ш., Якубов И.В. Структура и свечение фронта УВ при искровом разряде во внешнем магнитном поле //1У конференция по физике газового разряда: Тез. докл. -Казань, 1992. - ч. I, С. 103-104.

12. Эльдаров Ш.Ш., Якубов И.В. Способ идентификации неоднородных параметров при параллельной регистрации. Авт. свидет. -№ 1732156, 1992.

13. Эльдаров Ш.Ш., Омаров O.A. Особенности распространения ударной и тепловой волн при импульсном разряде во внешнем магнитном поле //ТВТ - 1993, вып.4. - С. 526-530.

14. Эльдаров Ш.Ш., Омаров O.A. Радиальное развитие и излучатвль-ные характеристики искрового канала во внешнем магнитном поле //Физ. плазмы - 1994, вып. 4 - С.

15. Омаров O.A., Эльдаров Ш.Ш. Определение радиуса формирования и скорости расширения искрового канала. Устр. и способ. #745846 от 5.10.93.