Волна ионизации в длинной трубке с переменной по длине распределенной емкостью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

РГ8 ОД

2 3 йен ш

УЧ

институт фотоэлектроники

лн азербайджанской республики

На правах рукописи

УДК 533. 931. 537. »2

АГАЕВ МУСТАФА НУХБАЛА оглы

ВОЛНА ИОНИЗАЦИИ В ДЛИННОЙ ТРУБКЕ С ПЕРЕМЕННОЙ ПО ДЛИНЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ

01.04.04. — физическая электроника

автореферат

диссертации на соискание учении стеяени кандидата физико-математических наук

БАКУ — 1993

Работа выполнена на кафедре физической электроники Бакинского Государственного Университета.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор

ЭФЕНДИЕВ К. И.

кандидат физико-математических наук САДЫХ-ЗАДЕ Г. М. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

БАГИРОВ М. э.

кандидат физико-математических наук ГАСАНОВ И. С.

Ведущая организация:. Институт физики АН Азербайджанской

Республики, г. Баку.

Защта состоится « » ^/¿СсЬ(1<9\ 1993 г.

в № часов на заседании Специализированного Совета Н — 004.25.01 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Институте фотоэлектроники АН Азэрбайджанской Республики но адресу: г. Баку, ул. Ф. Агаева, квартал 555.

С диссертацией можно ознакомиться и научной библиотеке Института фотоэлектроники АН Азербайджанской Республики.

Автореферат разослан « »Шх9сЪп.$( 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, д.ф. — м. и., профессор

НУРИЕВ И. Р.

Актуальность тем,г: Процесс пробоя длинных разрядных про -.утков, основные свойства которого не укладываются в рамки олъно хорошо изученных таунсендоаского я етримерного меха -мов, относятся к классу физических явлений, широко распрос -ленных как в природе, так и в техника. При таком пробое про-:одит движение фронтов ионизации в газа, сопровождаемое з&ряд-í распределённой ёмкости { окружающего пространства в лидере шил или стенок при электрическом пробое газоразрядных трубок).

Особую актуальность исследования волноаого пробоя приобрели юследнзе время,так как, кроме чисто каумогс интереса, кзуче-! этого явления получило и новое.прикладное значение, вызванное жирением области его применений. Это связано с развитием тех-ш газовых лазеров, в тснооти, с ркзеяиек вопросов фортро -тп разряда в них. Такую волну кспользугат для исследования гментарных процзеов, электрические сьойстэа ™ бь^трой " волны зволяют применять ез при создании генераторов <губнакоее1сувдных зоко вольтаж импульсов. Кроме того, разряд, встак^иЯея однород-!.s после прохождения фронта, может бкть использован как ишульс-й протяг.екной однородный источник света с малым времена.', нарастил. ' -

Несмотря на то, что некоторые евсйстэа ролновего пробое лучили физическое обьяснение, все se уровень понимания юпрово-л шрос его явлений остается недостаточным". Йз физической картины ли пробоя следует, что на основные параметры, характеризующие оцесс (скорость фронта, величину тока нз стенки трубки и дру-:е!„ сучествбкно влияет распределенная зккссгб, отнесенна- к ,книце длины. Яри изучении волн ионизации, обычно, ёмкость С0 ;таётея постоянной по длине, В тс se время в>з многих йракти«г.с-sx применениях разрядов распределенная ёмкость ъ (?о.1бвячс ;ге учасв кожст быть величиной* меняющейся: вдоль проы5яутка,0дна«е гвциальных работ яо исследовании распротранения фректей ион:< ~ щии вдоль промежутков с перлиней ёмкостью не про^лд^гесь. ютому исследование динамики ю.»яы пробоя: вдоль тру-к« г p^x.v •-»'разно ( линейно или немонотонно ) меняющейся по дл.'не ряепк»;-¡лённой емкостью,- а также влияния на процесс стертоекк усяъыЯ подвигающего электрода имеет как научное,, так и прикладке 1аченле.

3 последних теориях подчеркивается «уцестгенная рм», кого-

пую играет р:>!;иа&ьиагг сэста:-'Л.ТАг;гч?. поля ». протека:!;:« электронно: тока в поперечном ¡с скорости френча направлении. Поэтому доем. ■ точно сильное для эамагничлваш'я слектронов продольное кагнитпо< иоле,уменьшающее юс поперечку» лодяи«кость,должно влиять на фро1 Исследование этого явления в трубках с переменной распределено) ш:::оетьэ, влерьие; проделанное о настоящей работе, тачгяе предст« ляст большой интерес с точки зрения выяснения механизма срс^схо; я^их процессов.

Цель" работч; Целью настработы тлеется исследование дчнаг.мк;: волны пробоя вдоль трубки с ракообразно (линейно или немонотонно) менящзЯея по длине рйспр;-д?д<:и:;ой ёмкость*),влия -ник ¡¡а процесс ссэртоьих условий у цодткнгамг^го олектредч , а также исследование влля.'Ш на кривее магнитного поля. В соот-ват сгвии с о:иу <5ндк пзэтэялйни содучсдо задачи:

- илучеФ'О яр« р&одшшлс разрядных условиях аробзя, при котором волка ¡тллзации распгюстри.'яетпн сс ср-м-.птолькэ неЗодьсамл ско юстчмл {.'У1 4 ХО'1 ем/с. Скорости нг.ра^тянич напряжения на л_\гэлектроде л. Юч » Б/с. 'Определённая ёмкость менялась разяичннк обрлзо>/. - сна равномерно уменьшалась,равноме. но увеличивалась вдоль трубкч, или. же менялась немонотонно, а именно : 'теле равномерного уиеньдония релко возрастала до макс мапьисго значения, или наоборот, резко ум'гньсалась до минимума а затем плавно увеличивалась. Кроме того, начальные значения зм

■ кости у леджигавцего электрода были или равны, или существенно различались, что дапала со.чьетность оценить рль стартовых уело эий с развитии разряда:

- исследование влияния как о/шородш.та,так к чооднородпого на терцах соленоида продольного магнитного поля на развитие разряд, ь длинной трубке с переменной распределённой ёмкостью.

- применение к получением акеппрнотчтдомаэл результатом совреме ней теории двумерных иониоутегдех волн.

Научная новизна полученных результатов заключается в том ,

чл о:

-гт.ергне экспериментально исследовано ¡'азкаше велик ионизации » трубке о разнообразие ».сняез-е&сд но длг-чс распределённой ёмко гь.е;

- гркпмы'О, скорость фронта остаётся постоянно"! пдоль тр-убк

,е. нэ зависит от изменения ёмкости С0 по длине, величина ско -зэетн заметно зависит от значения ёмкости у запускающего злек -;рода. В то же время приходящий в импульсе погонный заряд существенно и неоднозначно меняемся с изменением распределённой ём -сости,причем при определённых условиях он может дане несколько Увеличиваться при удалении от электрода, с которого стартует про-юкная волна;

- проведено сравнение характеристик волны ионизации,распространя-нцеЯся при различных стартовых условиях у поджигающего электрода, 1то дало возможность впервые установить определяющую роль начальных условий е динамике процесса;

• исследовано влияние продольного магнитного поля на волну иони->аци;1,показавшее,что скорость её фронтам- зависит от магнитной [ндукции В, а заряд, приходкшй в импульсе на единицу длины стенки, ;аметно увеличивается с ростом В.

Полученные результаты находят качественное объяснение на ос-;ове современной теории волны ионизации, распространяющейся в ;линной экранированной трубке.

Практическая ценность: Резулътати изучения физических про -,ессов пробоя в длинных разрядных промежутках, позголкэт ислоль-овать их при разработке газоразрядных лазеров, исследовании инетики заселения возбужденных уровней, создании «шосекундт-х субнаносекундних генераторов высоковольтных импульсов,С поморья олны ионизации в слабоионизеванной плазме, удалось получать енерацки в импульсном лазере на молекулярном азоте.Разряд кото-ыЯ остаётся однородным после прохождения фронта, может '¡::ть спользозан как импульсный протяженный однородный источнчк гьчта малым временем нарастания.

На защиту еыносстся:

экспериментальная установка для исследования процесса пробоя ри наличии магнитного поля и методика измерений его осаоинмс арактеристик;

экспериментальны;} данные о характеристиках пробоч л\а г.т'с.-г ••:/..*.

азрядных условия - рода н давления газа,пеллч;му :кг.....

ае:.-.ого напряжения, а также распределённой омкосгн .-а словнГ; на ноьцах трубки;

- й -

; «к-'

- результаты лееяацоваюи!' влиякяч продажного магнитного поля характеристики волны ионизации з трубке с равномерно и немоно^ но мекядщейсл ёмкостью Сс- ■•. '

- физическая интерпретация пб&учешых экспериментальных резул; таз с р&мк&х двумерной теоретической- модели ионигукнцих волн.

Апро6р.ьяя работа.Материалы диссертации докладывалась на III и 1У Всссойзн&х конференциях по физике газовох л разряда ( Киев,1965, Махачкала,1983), У2 Конференции по.физике газово: разряда ( Казань,1992),-V Республиканской межвузовской научно конференции по физике 'Баку,1992) а также на научных семинара кафедры физической электроники БГУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 раб список которых приведен конце автореферата.

Структура и обьая работа4 Диссертация состоит из введег-четырех т\ла» «» оыбодов. Обьём диссертации:' страниц машине писпого текста, .47 рисунков; Список литературы включает 99 нг мемовамий.

' • основное: содажлиж разом

Во -колонии обосновывается актуальность темы.формулируа-ца.ь и задачи исследования,: отмечается научная новизна,п; тичеснак ценность и положения, .выносимые на защиту, описъ.вае структура диссертационной работы ^

В первой главе приводитля Краткий обзор литературы, в ч реи осязается состояние; исследований• полисного пробоя длинн разрядных промежутков к моменту начала данной работы.

е

Втсряя глава посвяценя описанию экспериментальной устал '<<и и методики измерений. Исследования проводились в аргоне,э полнягкеы цилиндрическую разрядную трубку длиной 90 и диамег

см.Ме^ду одним из алектродов.назызаешм поджигающим ( п. I! пода вал ось. от звукового генератора ГЗ-Тс пернодичес

напр-тг.ские синусоидальной фо"м,ы,чйсютс которого изменялась 200 Г.д, а «»е личина повивала;* трансформатором дс 2 кВ. Вторе

- ?.-

ирод оставался свободным. Процесс пробоя при периодическом ряжении повторялся .с удвоенной частотой питающего напряжения, ?ма мо.зду двумя пробоями не успевала полностью доиснизоватея.

Полученное от источника напряженке до 2 кВ подавалось метду . и обкладками в виде колец из. алюминиевой фольги, надепки хружно?} стороны на разрядную трубку.Эти обкладки образовывал/ ть трубки'ёмкости С^ * С» .:Плазкое изменение змкости С0 здуль 5кп создавалось с йошщьп _дизлектрд«еских прокладок различней цини, расположенных между стенкой трубки к обкладкой. В ре ->тате распределенная ёмкость линейно укеныгодасъ примерно э раз. ^ „,• '

Исследовалась волна ионизации распространяющаяся как в зону увеличения С0;? так и в сторону её умение-мил в завиеи-ги от того, ка какой "из электродоц, ближайший ¡г .максимальности минимальному значения С0 , подаётся пигаа^ее чапряяекие.

Ширина ебкладод была равна . 3-10~*£ м , рчссгселие мет^гу и - Количество обкладок, надетых на трубку - 12^на

гтоянии 61 см. Обкладки соединились с об^ей засёмтстао? жпгай эследоватв<ьно лодсоединялись по входу запомина-,;.;яго осци.-иог-а, едущая развертка которого залу'скагась.сигналом с паргого 1.з. кольца. Последователь.'» пщх&ж&п ко входу о,.кладки, :ю было по осциллограммам наблюдать сдвиг во времени импуль-тока с обкладок я измерять зрею?, распространения ср'-чта изации ^ .

По углу нагона зазисирости - ^ < ( где 7, - -

от п.э.) определялась скорость распространения фр~л;та ¡мни -ни . Предварительньш измерениями выбирались сйуьчги , -с эрых Ь - У линейна и скорость ^ постоянна здель !1з осциллограмм импульсов тока с одной из обкладок с пределу.'.'-¡я яд, приходящиЛ в импульсе на 1см длины трубки.

Вышеописанные измерения .проводились в той части трубки,"до менялась линейно -.по длине. Указанные условия распрэсл.ан'шик !1ы дясали есзможность исслсдосать волны с различи --и,отлича-'-ися в ¿0 раз стартовыми ёмкостями у п.э.

Для того, чтобы, выявить влияние стартовых услсакй кч сх:>-гь волны, они были вуравненн для противоположных концов бнч, поэтому часть измерений проделана в условиях, когда с их концов трубки на одинаковых расстояниях ьо 2с-: :>г.'УЛ -

- а -

трода дополнительно к уже существующим были непосредственно трубку надеты по две заземленные обкладки той же ширины и на тех же расстояниях друг от друга что и остальные. С одной из них ( или дт генератора) запускалась ждущая развертка осцилл ра^г. В этом случае, в отличие от предыдущего, лолна начинал свое движение при одних: к тех же С0 на концах трубки.

Еще одна серия измерений была проделана с целью выяснит роль немонотонно меншщсйсп распределённой ёмкости в развита волны ионизации. Для этого после обкладки с минимальной ёмко ть» С0 непосредственно на трубку были надеты четыре кольцами вщие максимальную С0 с теми же параметрами и с сооаюдением р тояний меаду ними. В результате распределенная ёмкость с пом 12 колец или линейно уменьшалась ( через ка-здые (1*2П0~^пФ/ примерно л 20 раз, а затем резко возрастала до максимального значения,и дальше,до конца трубки оставалась постоянной или, оборот, после постоянной максимальной С0, скачком уменьшалас .уиниыука, а затем плавно росла.Это давало нам возможность и с довать волну не только при плавно меняющемся С0, но и выясни ее поведение на стыке скачкообразно меняющейся ёмкости.

При &том методика измерений основных параметров волны о вопель прежней.

Продольное магнитное поле создавалось секцией из трех с но'/.до в общей длиной 50 см. Его. индукция плавно менялась до I

В третьей главе приводится результаты исследований полу них при различных вариантах изменения распределенной ёмкости конце главы приводится возможная интерпретация получениях ре татов.

Общая картина наблюдаемых явлений описывается следующим разом. Когда подаваемое на п.о. напряжение нарастает и достк определённого значения, на экране осциллографа появляются и;.', сы тока с обкладок. При дальмейвгм падении потенциала п.п. д нуля наблюдается импульс противоположного знака.,соответствую разрядке ёмкости стснка-обкладка.

В 53.1 приводятся результаты экспериментального исслодо пимкя процесса формирования разряда в апгоно при движении пр но!': воины вдоль трубки с равномзрно уменьшающейся по длине р пределёнко'; ёмкость» С0> График времени, за которое фронт но

ации проходит различило расстояния вдоль трубки¿линеен,по углу аклона зависимостей определяется скорость V .Это сввдетельст-ует о том, что несмотря на плавно падаотзую по длине ёмкость С0, ак и при постоянной С0,скорость распространения волны ионизации стаётся постоянной вдоль трубка. Она имеет некоторое фиксирован-ое значение, определяемое разрядными условиями, что является еожиданнш и замечательным фактом, установленным многочислен -кми измерениями.Скорость фронта растёт с частотой и увеличена-м подаваемого напряжения. Зависимости V от давления газа р , ри прочих равных условиях, величина скорости падает с увелнчз-ием давления газа.

| Рассмотрим теперь другой важный параметр, г-рактеризущий ¡аспростраление разряда вдоль трубкл-зардд а «приходящий на см длины трубки. Заряд ^ уменьшается о расстоянием от п.э. в ¡оответствии с изменением распределённой'ёмкости С0.В проводима ,о сих пор работах ло исследовании процессов, происходящих з ¡азрядном промежутке при наличии постоянной распределённой см -:ости, заряд, приходящий з импульсе на 1ем длины, оггавапся пос -оянным вдоль трубки.

Обратимся теперь к зависимостям величины заряда , от азрядных условий - параметров, задзваельк гензратором и давления аза в труб:;е. С увеличением частоты питающего напря-кзния вели -ииа заряда ср уменьшается, а увеличение приложенного напряже -ия,при котором растёт амплитуда икдульса заряд кольца при не -зменной его длительности,"приводит к увеличению .Установлено, то с увеличением давления заряд £ растёт.

В §3.2 приводятся результаты исйледоеаниЯ волны ионизации трубке с равномерно увеличивавшейся по длине распределённой мкостью.В этом случае поджигающим является электрод, противо-оложнкй описанному в 33.1 и пробойная-волна стартует з той час-и трубки, где расположена обкладка, создавшая минимальную рзс-ределённул •ёмкость. В дальнейшем значения ёмкости возрастают г обкладки к обкладке и достигают значений, в 20 раз нремжал-лх йервоначальиое-. В результате стартовые условия для волны в той Случае существенно отличавтея от условий для волны, или -Зейной в лредьцц-ием параграф?.

Многочисленыо измерения показали, что и з_ этом случае <орость фронта ионизации постоянна 'ло длине трубки. Таклч об-

разом,скорость V остаётся постоянной вдоль трубки при всех вышеописанных условиях независимо от того, какой из электродов является подхсигаощим, аналогично наблюдавшемуся для постоянной С0. Однако здесь имеется существенное различие. Дело в том,что з случае постоянной ёмкости, С0 скорость V сохраняла нэкоторае фиксирсваное значение- не только по длине трубки, но и при изменении направления движения волны.В данном же случае значения скорости меняется при изменении направления распространения волны, а именно: значения V заметно выше при движении фронта вдоль увеличивающейся ёмкости, когда стартовая ёмкость С0 минимальна.-

Несмотря на существенное различие з численных значениях , ход зависимостей скорости фронта 1Г от разрядных условий - параметров питающего'генератора и давления - в аргоне, при движении пробойной волны вдоль трубки с равнемерно увеличивавшейся по длине распределённой ёмкостью С0, аналогичен полученным для пробойной волки вдоль трубки с равномерно уменьшающейся по длине распределенной ёмкостью и для постоянной С0.

Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, наиболее заметное влияние изменение распределённой ёмкости С0 вдоль трубки оказывает на заряд, приходящий в импульсе на единицу длины стенки у . В случае с увеличивающейся по длина С0, зависимость вели-чини заряда <7.. , приходящего в импульсе на 1см трубки, от рас -стояния до п.з..немонотонна - растёт с увеличением расстояния до п.з. и преходит через максимум. Причем этот максимум смещается в глубь трубки с ростом частоты подавезмого напряжения. Аналогичный вышеописанному сдвиг максимуме сц, наблюдает-

ся л при изменении величины подаваемого напрягекия. Основные зависимости заряда ц от других разрядных условий -параметров, задаваемых генератором: частоты и амплитуды подаваемого сиг-нала, & также давления газа,- аналогичны заксномерноегйл получении*: в предыдущем параграфе для уменьшающейся по длине ёмкости

2 отличие от двух предыдущих, §3.3 посвящен изложения ре -эультагоя экспериментального исследования волны ионизации, распространяющейся вдоль трубки при одинаковых стартовых условиях. Ото означает, что начальные условия у об ¿'их п.з. были идентичны, т.е. значения ёмкости,СятпПяаЯ к каждому ьз противоположных п.э обкладок, бсти равны а вдоль остальной части трубки С0 равкемер-

з меняется, как это бгио описано в предьиупрпс параграфах. Эта ють экспериментов была.проделана с цель» выяснить роль началь-а условий в развитии разряда и особенно их влияние на скорость зонта волны.

Показано, что скорость фронта V остаётся постоянной по зубке, как это наблюдалось во всех вышеописанных случаях.Однако 1Я волны, проходящей вдоль трубки в условиях равных начальных определённых ёмкостей Сц у п.э., наблюдается существенное ог-1чие от случая с различными условиями где V заметно менялась )и изменении направления движения волны: скорость фронта S" геет одно к то же значение, несмотря не. то, что волна распространяется с противоположных концов трубки и , следовательно , одном случае проходит вдоль равномерно уьтличиаащеГ.ся, а в >угой- уменьшающейся ёмкости CQ.Таким образом,существенное иэме-:ние условии движения волны по трубке не окачивает заметного [ияния на её скорость, если значения стартовой емкости С0 на 1нцах трубки равны.Отсюда можно сделать вывод, что основное ¡ияние на скорость волны о;азьшают начальные условия у п.э. а ! условия её дальнейшего распространения, т.е., дяя управления :оростыо фронта достаточно варьировать значения гг.спредглёнко,: ¡кости у запускающего электрода. Эта закоко.чернось, мервк» сб-руясенная ь настоящей работе имеет прицилиалькое зчачонпз как :я понимания сути просходящих при движении волны ионизации ир-■ссов.так и для' практического применения.

Изменение скорости V в зависимости от разрядных усдорий , ределялось, в основном, теми же закономерностями, что и в слу-е с различными стартовыми CQ, но при отом скорость фронта V уавалась постоянной не только вдоль трубки, но и при изменении правления движения волны.

Основные закономерности для изменения по длине трубки <.: инаковымк стартовыми условиями,в пршщипе, не отличается от по-ченних при различных начальных значениях С0,описаниях г? пред:--щем параграфе.Однако здесь следует обратить внимание на гот кт, что при прочих рапных услозиях, величина а сущесграч!"' еличивается по сравнения со случаем волны, втартуищой с ит/~ льной CQ.

Для того, чтобы выяснить/ как .будет вести ле'я велча, с.:гл кость на одном из участков трубки будет меняться нершючерио-

иди резко увеличиваться от минимального значения С0 до максиму или, наоборот, от максимума С0 падать до минимума, проведены с циальные исследования, которым посвящен 53.4. Здесь стартовые значения ёмкостей одинаковы. При таком, качественно отличном о описанных в предвду.е,их параграфах,, способе изменения ёмкости С "тем -не менее основные закономерности для скорости фронта не ме я"Лся, и сна имеет величину, заданную начальными условиями, в число которых,кроме рода и давления газа, параметров генератор входит также и ёмкость бзмяайаей к п.э. обкладки. Изменение ра приделеиия по трубке заряд а в,такой системе существенно зави от того, какой из электродов является поджигаащим - с уменьшен С0 -заряд а, монотонко убывает. При движении же в сторону увели ния распределённой ёмкости, эав'оимэсть перестаёт быть монотонн причем максицум зависимости также смещается в глубь трубки е р том частоты г величины подаваемого напряжения. 3 области скачк или резкого изменения ёмкости заряв ^ ведёт себя соответствен ко изменению С0, т.е. или резко возрастает при переходе от ыик калькой ёмкости к максимальной или наоборот, резко .падает на м ыуме С0.

В 53,5 обсуждаются полученные результаты. Каблэда&дае за вкеимости неплохо описываются простой моделью, предложенной в пятидесятых годах А.В.Недосласовым и А.К.Новиком. Из нее следу что скорость 1/ непосредственно определяется скоростью караете, напряжения на п.э.

Расчет спада Концентрации электронов со временем показал что при периодическом режим? плазма нгаеду пробоями деиокизоват: не успевает и в Каждой следующий полупериод' пробойная волна пр ходит по остаточной ст предыдущего пробоя плазме.

В дальнейшем получонныо экспериментальные результаты обсу дастся в рамках появившейся в последние гсды теории двумерных ионизующих велн, предложенной А.Н.Лагарьковым и И.Ц.Руткевичем

Из теории следует,что распределение электрического поля ш фронте и обьёмногс заряда за ним имеет уид двумерной уединенна! ьелны • ( соля гена ) у.лч цуга таких воли.Поле этой поверхностно! волны, проникающее ь плазму, затухает на расстоянии ~ 1/К.гд< К - ьолневей параметр. Вблизи злектрода ¡следствие неоднородно« тч поля происходит неоднородная иониаедня,дрейфовая скорость здесь гьтае имеет наибольшее значение.Все ото приводит к образе

ванию вблизи электрода сбьёшого заряда, собственное поле которого складывается с проникшим о плаз ну полем поверхностной волях». В результате перед электродом формируется максимум поля, который перемещаясь в направлении от запускающего электрода снова приводит к неоднородной ионизации и образованию объёмного заряда.

В случае " медленных " волн, изучавшихся в настоящей работе, скорость фронта ионизации оказывается порядка дрейфовой скорости ионов и при рассмотрении положительной волны необходимо учитывать их роль в переносе заряда. Для отрицательных волн, гдо роль ионной составляющей несущественна, происходит переход через скорость волны продольной составляющей электронной скорости. Это вызывает появление особых точек, в которых отнс- --. .льп?,я продольная скорость ионов ( для положительных волн ) елехтроноз ( для отрицательных ) в системе координат, движущейся вместе с волной , обращается в нуль, что существенно усложняет расчет.

Поэтому^ а настоящей работе пригодится, а основной , качественное обсуждение некоторых экспериментальных результатов диссертации б райках теоретических представлений о движении ионй -зующих сслитонов. I

Согласно теории, пространственный масштаб затухания поля во фронте определяется величиной ~ Г/К. Следующая из теории зависимость сопротивление столба Я от электропроводности <У приводит х влияния на затухание поля значении начальной концентрации плазмы, по которой с5£йространлется волна. При наличии предварительной ионизации, ¿елейна ег существенно растет, что приводит ■ к увеличения) хкжст^^З^ёшюго масштаба затухания поля. Скорость фронта ионизации, согласно теории, зависит от затухания элек -трического поля солитона, т. е. от величии ^ 1/К. От седа следует зависимость скорое^ от концентрации заряженных частиц в разрядном проыейут^г. При наличии предварительной ионизации затухание поля уменьшается, что приводит к увеличения скорости распространения волны. В нашчм эксперименте с увеличением- частоты подымаемого сигнала в периодическом режиме растёт концентрация .за счет предварительной плазмы и , следовательно, скорость фронта ионизации растёт.

Увеличение скорости ^ с ростом подаваемого напряжения так-ао соответствует выгодам теории, гдо такая зависимость У от ¿6 получается в-результате расчета пробоВннх волн на основе преда-

кенкой ¡¿одели. - ' _

Зависимость скорости '¡Г от дезяения газа определяется изменением коэффициента ионизации d . Чем больше коэффициент для rasa¡, тем больше в нем скорость кояны. Уменьшение скорости фронтг с ростом давления определяется уменьшением числа ионизации из-за toi'o, что электрон не успевает набрать достаточную энергию на уменьшившейся длине свободного пробега.

Следует отметить, что все существующие теории волны ионизации, описывающие её природу и ыешшы её распространения, подчеркивают существенную роль распределённой ёмкости в развитии пробойной волны. Однако во всех работах подразумевалось, что погонная ёмкость С0 остаётся постоянной по длине.Настояцал работа является первш экспериментом с переменкой распределённой ёмкостью и пока не стала предметом теоретического анализа, поэтому приводится собственная качественная интерпретация полученных в системе с разнообразно менящайся по длине ёмкостью CQ результатов.

Емкость CQ, по-видимому, влияет »га величину скорости волны только.в стадии её формирования. Ери меньшей первоначальной ёмкости С0 у п. э. из-за уменьшения ухода на стенки частиц, заряжающих обкладки, заметно больше скорость фронта V ,набрав которую волна в дальнейшем сохраняет на протяхениии своего движения. При одинаковых стартовых значениях С0 скорость не меняется, несмотря на разнообразное изменение распределённой ёмкости вдоль трубки.

Характер зависимостей заряда ср от длины трубки, который существенно отличается от установленного для случая постоянной распределённой ёмкости,:где у , независимо от направления распространения волны, оставался"постоянным вдоль трубки, по-видимому, может быть объяснен следующим образом.Движснке фронта ионизации требует протекания тока вдоль трубки и, таким образом, наличия продольного электрического поля Е. При этом отрицатель-,-ный .потенциал .-за фронтом,, дсдасй дшожоинр убывать аю как так шаедда яеяег ¡в mqpíttw» .г^агпвополоднуго д. a. :йо :мере удаления от п. -а. .падает донхгксивксстзь ¡ионизации .и тлотносль образующейся плазмы, а следовательно, ¡растет -зависящее от-нее сопротивление единицы.столба.Я0 . I' результате .приходящей .на стенки заряд о, в соответствии с ёмкосгьп обкладок должен моно»

-Х&г"

тонко убывать при движении волны от п.э. в сторону уменьшающейся С0. . „ .

В случае se увеличивающейся по дяине емкости,величина заряда Q, вначале растет в соответствий с ростом С0 до тех пор,пока плотность плазмы на достаточно большом удалении от п.э. на уменьшится настолько, что обкладки не ыогут заряжаться до соответствую щей их единичной ёмкости величины. Затем, перейдя через максимум, о начинает уменьшатся по длине из-за дальнейшего спада плот -ности и роста сопротивления #0 1 Положение этого цаксимука по длине трубки определяется параметрами генератора.

В самом деле, максимум в распределяй? заряда у по дяине , смещается с увеличением напряжения на /•/. фаэе расстояние вдоль трубки. Это, позидимому, связано S тем? но с увеличением LL , растёт скачок потенциала во фронте, о чем свидетельствует увеличение « с ростом 1С - В то же врезд характерная протяженность фронта мало меняется при изменении'частоты и напряжения на п.э. Дозтому величина Е/р во фронте растёт с ,что приводит к экспоненциальному росту ионизации во фронте волны. Соответствующее увеличение плотноЬти плаз:.!ы. и приводит к тому, что вез больше обкладок могут заряхатся до соответствующей им ёмкости, и максимум ^ . сдвигается яри увеличении напряжения на п.э. в сторону больших значений С0, т.е.. дальше по трубке,.

С увеличением частоты подаваемого напряжения, максимум зависимости ^ от расстояния до н.э., при фиксированном .смещается в сторону большей CQ. Это, по-видмому, мопет быть связано с . тем, что с ростом т и уменьшением паузы двумя последовательными импульсами остаётся большая плотность нерэномбинировавтей плазмы. В результате стартовая платность заряженных частиц увеличивается, что приводит к большей плотности после прохождения фронта ионизации и , следовательно, меньшему сопротивлению И .Соответственно требуется меньший градиент потенциала для протекания продольного тока, и максимум сдвигается на большее расстояние от п.э.

Четвертая глава посвящена впервые проведенному экспериментальному исследованию воздействия магнитного поля на развитие разряда в длинной трубке с переменной распределённой ёккостьа (§4.1 - равномерно меняящзйся, §4.2- немонотонно аенкгщейся).

Важным результатом яг-лте? ся тот факт,что скорость френта ионизации во scex исследуешь разрядных условиях ив з&бя-

сит от ивдукции магнитного поля В. Скорость^ не меняется и при движении фронта через область неоднородного магнитного поля на торцах соленоеда, распространяющейся на расстояние по 8 см от его краев.

Таким образом,неоднородное магнитное поле, так же, как и однородное, не влияет на величину скорости фронта V" .независимо от того, в каких разрядных услсеио: и при каких режимах происходит его распространение. Остальные закономерности, характерные для скорости волны, распространяющейся в трубке с переменной распределённой ёмкостью» остаются прежними и при наличии магнитного поля: если начальные значения С0 у п.э. одни и те и .скорость 2г не меняется при изменений направления движения еолны,т. е. не зависит от того, увеличивается, или уменьшается ёмкость С0 по длине. Если же стартовые значения С0 различны, то скорость V вше те», где начальная ёмкость меньше. По длине же трубки скорость фронта не меняется при всех исследованных разрядных условиях. о

Постоянство значений скорости передвижения фронта ионизации • ..при наличии и изменении магнитного поля является характерным для наших экспериментальных условий, независимо от того, движется ли пробойная волна в системе с монотонно или скачкообразно меняющейся вдоль трубки распределённой ёмкостью. Обобщая вышеизложенные результаты, можно заключить, что и магнитная индукция В,так же как и распределённая ёмкость С0,не оказывает существенного влияния на скорость волны ионизации при её распространение по разрядной трубке.

Характер зависимости % от расстояния до п.э. при наличии магнитного поля остаётся таким же, как и в его отсутствии,т.е. а, или падает по. длине соответственно уменьшению С0, или растёт, а "затем проходит через максимум, если Еолна движется вдоль уво-личиавшцейся С0. Его влияние сводится к заметному изменение численных значений ц, . При движении волны в сторону увеличивающейся ёмкости, максимум," характерный для зависимости ^ = А) смекающийся,. как это уже говорилось выше, при изменении параметров генератора,, меняет свое положение. с. у&еяичениеи магнитной йвдукцййч фиксируясь, на: всё; больших растзянинх от п,э. Выравнивание уедов'йй у п.э., не внасу-'.х'аущрс.т£енны5£ изменений г характер основных закономерностей да»: «чзяда % "Ри нцяиш м«и^пт«>го поля.

. Зависимости величины заряда % от индукции магнитного поля В при наличии участка с резко меняющейся С0,аналогичны характерным для трубки с немонотонно меняющейся погонной ёмкостью.Обсуждение результатов о влиянии магнитного поля на волну ионизации приводится в §4.3. Анализ проводится в рамках теории А.Н.Лагарь-кова и И.М.Руткевича.

Анизотропия проводимости ионизованного газа яри наличии магнитного поля отражается на значениях волнового параметра,продольная и поперечная компоненты которого перестают равняться друг -другу. С увеличением магнитной индукции В, значения продольного волнового параметра 1-1 п ,уменьшаются при фиксированном Кх и это приводит к увеличению продольного мастита затухания поля 1/К„ .

Система уравнений,записанная с/учс",": параметра Холла,решается А.Н.Лагарьковъш и И.М.руткевичем численно непосредстЕенно для условий эксперимента с постоянной ёмкостью. Полученные распре деления электрического шля во фронте показали, что при постоянной в магнитном поле скорости фронта, амплитуда и ширина солитона при наличии магнитного поля выше,чем в случае В = 0. Отсюда нелос редственно следует увеличение с ростом магнитной индукции протяженности переднего фронта и величины qg , определяемой по перепад/ напряжения на фронте ионизации.

Однако эта теория, естественно,не может объяснить некоторые специфические явления,характерные ил'окнэ для случаев с разнооб -разно изменяющейся С0, к числу, которых откосится сдвиг под влиянием магнитного поля максимума распределения Р/д по длине з трубках с увеличивающейся погонной ёмкость». Этот факт, по-видимому, монаю объяснить следующим образом. С увеличением магнитной индукции уменьшается подшксность электронов з радиальном направлении, что приводит к большей плотности заряженных частиц после прохождения фронта ионизации и, следовательно, меньшему сопротивлению единицы длины столба Я0 . Отсюда вытекает, что протекания про -дольного тока необходим меньший градиент потенциала, и максимум зависимости о^ от длины сдвигается з глубь трубки, т.е. спад аА начинается на больших расстояниях от п.э.

Таким образом, основные закономерности, установленные в эксперименте, находят объяснение з рамках теоретической ¿¡одели ионизующих волн.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты

проведённых исследований, которые сводятся' к следующим:

1. Развитие разряда в трубках с переменной распределённой ёмкостью определяется параметрами, задаваемыми генератором .-скорость фронта растёт с увеличением скорости нарастания напряжения на п.э., а заряд приходящий в импульсе на единицу длины стенки увеличивается с величиной подаваемого напряжения и падает с ростом его частоты.

2. Скорость фронта ионизации к плотность заряда зависят от давления газа в трубке. В исследованном диапазоне скорость фронта падает, а заряд растёт с увеличением давления.

3. Установлено, что при всём разнообразном изменении погонной ёмкости в трубке, независимо от того, увеличивается сна или уменьшается монотонно,или меняется скачком, скорость фронта не меняется по её длине.

4. Величина скорости.фронта ионизации определяется,^при прочих равных условиях, стартовой ёмкостью у п.э.: при меньшей первоначальной ёмкости заметно .больше скорость .фронта, набрав которую волна з дальнейшем сохраняет на протяжении своего движения, несмотря на изменение распределённой ёмкости вдоль трубки. Таким образом, можно, заключить,что скорость фронта ионизации управляется начальными условиями, в число которых наряду с родом, давлением газа и параметра)®: генератора, необходимо включить и начальные значения ёмкости у п.э. •

5. В отличие от скорости фронта, распределение плотности ьзряда по трубке существенно зависит от'изменения распределённой ёмкости по сё длине, причем ход этой зависимости определяется тем , увеличивается, или уменьшается ёмкость по длине, При равномерном уменьшении ёмкости заряда ^ монотонно падает.

6. Показано, что когда погонная ёмкость растёт по длине, злряд, приходящей па I см'трубки, сначала увеличивается по меря удаления от п.э., а затем преходи* через максимум,положение которого определяется параметрами генератора.: с увеличением вбяачики я частоты питавшего напряжения максимум сдвигается в гяуб трубки.

7. В тех участках трубки, где ёмхоп-ь меняется немонотонно, из-

менениэ плотности заряда по длине соответствует изменению распределённой ёмкости.

8. Впервые исследовано влияние продольного магнитного поля на пробой разряда в длинной трубке с переменной распределённой ёмкостью. Установлено, что при всех исследованных разрядных условиях скорость фронта не зазисит от величины индукции магнитного поля, а заряд, приходящий в импульсе на единицу длины стенки , увеличивается с ростом магнитной индукции.

9. ^ Магнитное поле меняет положение максимума распределения плотности заряда по длине трубки при движении волны вдоль трубки с увеличивающейся погонной ёмкостью: с увеличением магнитной индукции этот максимум наблюдается на всё больших расстояниях от п.з.

10. Основные 'закономерности, экспериментально установленные с настоящей работе, находят качественное обяснеяне з рамках соз-р%;ешюЯ теории двумерных ионизующих солитонов поля я'оркги -напьнум интерпретацию.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах; .

1. Агаев М.Н.,Садих-заде Г.М..Эфецдкев К.И. "Распространение волна ионизации вдоль трубки с переменной распределённой ём -костью"ЛИ Всес. конф. по физике газового разряда, Тез,докл., Киев,1986, с.152.

2. Агаев М.Н.,Содых-заде Г.М..Эфендиев К.И."Волна пробоя в пернз дическом и одиночном режимах". В с б.'.'Некоторые вопросы физической олектроники'.'Баку, 138?, с .15.

3. Агаез М-Н.,Садых-задс Г.М..Эфендиев К.И."Продольная волна ионизацин а системе с переменной распределённой ёмкостью", 1У Всес.конф. по физике газового разряда, Тез.док.Махачкала,1588,с.3,

4. Агаов М.Н.,Садых-заде Г.М.,Эфендиев К.И,"Динамика волны иг:_:~ ьац;;и в аргоне",В сб."Кинетические и оптические явления в среда::'! Баку, 1590, с, 61

5. Агаев МЛ., Сад тс-заде Г.Ы..Зфендиев 'к.И. "Влияние магнитного поля на пробой в длинной трубке с переменной распределённой ёмкостью". У1 Всес.конф. по физике Тазового разряда,г.Казань,1992,

6. Агаев М.Н. ,Садых-заде Г.М.,Зфендиев К.И."Динамика развития разряда в длинной трубке с немонотонно меняющейся распределённой ёмкостью", У Респуб. межвузовская научная конференция по физике. Баку,1992,с.28.

7. Агаов М.К.,Садых-заде Г.Ы..Эфевдиев К.И."Развитие разряда в длинной трубке с переменной распределённой ёмкостью'' Ц .Теплофизика высоких температур,1992,т.30, !.~4,с.618.

л y л а с я

Тэгдвм одуяа« ддесоргасяЗ-а яшаадз гж дэфо олараг узуп таз бозадмаск борусуэда пзЗлаямшп тутумлар^дайгзлпф юряангларда дзЗкгщирэпэк онларкн ионлааа галгаеына'Ч'гсфа вЗрзннлмявдзр . Еуяунда Занаш ажздырычн елбкгродун Захнаяыгшдаки базлаягнм гарантии ионлаама далгасияш сур'этднз тэсарянэ дэ батямподар. Косторалмивдир ял» алшщцрычы електродадахы кэрхинлиЗян артма огр'этя 00^уду::ча яоаллшма чобЬэсштн стр'этя. дэ артыр. Бар т-пулс эрзяндо бсф.унуп даварыннн sah¡m узунлугуяа дупоп ¿yk импул-сун амллатуцуя^и бо^ушск длэ чохалнр, лакин тезля^шшк артмасы илэ азалнр. Газкн тэз^игйнйн артаасы аяэ чэбЬэнан сгр'эги кйчя-л:;р» борунун воЬцд узунлугуяа дааэн jfK асэ артир.

..frsjjsa олучмуздур кг, тутумдерын ла1лчР'.,!аснпш Фзхнлая öytyk сариангларняда сур'эт бору бодун*' . а.5ят гадкр вэ сгш узу-нупл кагииг саЬгсй дэ тосяр хостэрмир. -, гачруба cjeic?.тар зсглнз-ца :т>3;}ен едалмгядар кл, /талглкш сгр'ах-лаа йоасзн бз^злтаныа гс:"л"л 45 аладт;ркчы .елекхродун Згхыялыгкндакы тутуку;.' гдЗ-чэгя то,;:-:-: чщф. ПаЗл.т.:\таа тутулун бору бо^уяча сонракн дэ^Едглэ^ари ¿■со ¿¡оклада далгасы чобЬзоляин Зазнлмасыва Ьоч бир тз"сир ко о -тор-мир. Ьелзликлэ, гутумун ги^мэгс» сур'оищ гиЗмэтянэ Залнкэ д.:.¿га ¿ои/алаюднгда тэсир костэряр. ■

Ионлле.-л чэбЬчоа бору Cojyim тутуыуя азалласн асгигамзтдн-до jajramirna борунуя ваЬид узуклугуиа дуаэп Jykyh мягдарн аза -

эчс йутипмэтцэ ja ji) ^днгяа исо jykyн мэоафэдзн асклнлыгн •/.::;л::?у;.гган кзчир. Алкцдарнчы кэркинтадин га^ноти во тезлл^лн -дэн, елэчэ дэ тэтбиг олукан магнат оаЬзскаан' гизмзтдэриндэп асззлы оллрчг су максимум ез ¿орляя.дэ^Ептр, Магнат саЬг-еишш r;ij-мэгн 6o,1y.^Yrf43 алынав максга/.., : алыпдырычк електроддан узаглаикр, динара а хан Jyicyh мигдару артыр. >

Кэдр алнаан тэчруби нэтичэлэр мтаскр нкиолчулу яонлашднрычы соли доллар пэззризЗэси асаашда тэЬлал одиляр во ориглшал иэаЬ

л в з а в к с а

1ле jxperlaoatal studying re stilt a on tho ргэсзяссо oeewnAng under the ЪгеаЫотт of a Ions discharge tube vrith metallic coating« on it responsible for a distributed capacity chassina along tne cube both linearly and nonaonotonously, ec ■веЗЛ r.:. on tut .-Ji'loct ->" ■ "nrry conditions or igniter on tho procec are patient 1-. ..-г л first tioe, She front velocity hen beav. «shown «• "-• геезв-with increasing velocity of voltage on igniter, the pulo' ahorse per unit of the rell length inereaeeo with the voltage value aad decreased with increaoo of its frequency,. The ionization front velocity and, the charge density depend on the ca° pre a cure in the tuba. In the region under otudy tho front velooity drops, and the choree inereaseo viith increaso in preacurs. She ionizt-bion front velocity >aa been found to reiaaiu constant {.long the length of the tube in any conditions under etudy ins lid ing .the • magnet ic field effect. On ihia bariia, опз сод conclude that the wave velocity is mainly determined •■both by discharge regime and initial conditions near igniter, •end «wains.uuchapgablo г-ith tf-j change cf conditions of itr. further propagation'. Tfcus, -.г.- caj-nsity bQ affects the vaivi of velocity only at г-f.ags of it с foroaflon, Tan pulse

charge per unit oi' the t. "^¡Ь «».evreaaco 1л i.cnt;lh at tho. шт» aoMjs ;crartl ifc. геалв <■■ ' distribute*. capacity end с hen jo is nonaonotonovc . тд - h> -jropagati^a is opposite in •?traction. The aaxtaan . „.^ion of the above dspendar^e аЛ doterainod both by the valv* ad tho fre^aenc. of vcltngc vM the %alwo of mapnetl: ind -> .. Sith the. rieo of iasr.« - • field 'ch* -.Largo value • и-Д «-Ч-: nar.irur of iv \>-tribution leaptbraioe с «?'■-.- ^ ••• 1пг; "thfe tub*. •tho <.- "'г.:г results are diasuoced is r»-- a u-.-tiu- p.- tha^r? .r clonal ionising solitonr <ч = l-it; . -'v.'' - ir\%-

rather origins."ly.