Formation and transition of wide streamer into diffuse discharge during breakdown in argon and nitrogen.pdf Стримерный механизм пробоя в различных газах реализуется при увеличении давления и напряжения генератора, а при использовании коротких разрядных промежутков и высоких напряжений за короткое время приводит к образованию искрового канала [1, 2]. При применении промежутков с неоднородным распределением электрического поля в широком диапазоне экспериментальных условий замыкание разрядного промежутка стримером приводит к формированию диффузного разряда [2-6], параметры плазмы которого близки к параметрам плазмы объемных разрядов. Как известно, для получения объемного разряда в газах высокого давления необходимо использовать предыонизацию разрядного промежутка от дополнительного источника. В работе [7] формирование стримеров было исследовано в условиях генерации пучка убегающих электронов при фронте импульса напряжения 1 нс. Широкие стримеры сферической формы в различных газах формировались около электрода с малым радиусом кривизны, а за анодом из тонкой фольги или сетки были зарегистрированы убегающие электроны. Цель данной работы - исследовать в аргоне и азоте при неоднородном распределении электрического поля формирование широких стримеров и возможность их перехода в диффузный разряд при длительности фронта импульса напряжения 120 нс, а также зарегистрировать в этих условиях убегающие электроны. Данная работа продолжает исследования начальной стадии диффузных разрядов, которые были выполнены в [7] при наносекундной длительности фронта импульса напряжения для воздуха и азота. Эксперименты проводились на универсальной установке, подробно описанной в работах [7]. Импульсы напряжения отрицательной полярности от генератора GIN-35NP подавались на газоразрядную камеру. Амплитуда импульсов напряжения достигала 35 кВ, время нарастания τ0.1-0.9 120 нс, длительность на полувысоте τ0.5 270 нс. Разрядный промежуток был образован катодом, изготовленным из швейной иглы длиной 5 мм, диаметром основания 1 мм и радиусом закругления кончика 75 мкм, а также плоским заземленным анодом. Напряжение измерялось с помощью емкостного делителя напряжения. Ток разряда регистрировался шунтом, изготовленным из чип-резисторов, а ток пучка убегающих электронов - коллектором. Расстояние d между электродами составляло 8.5 мм. Сигналы с делителя, шунта и коллектора записывались осциллографом Tektronix TDS. Оптическое излучение плазмы разряда выходило наружу через боковые кварцевые окна. Динамика формирования разряда исследовалась с применением четырехканальной ICCD-камеры. Минимальная длительность экспозиции одного кадра составляла 3 нс. Газоразрядная камера откачивалась форвакуумным насосом, а затем заполнялась аргоном или азотом. Давление газов в большинстве экспериментов составляло 100 кПа. Проведенные измерения показали, что при использовании анода из сетки и давлении азота и аргона менее 100 кПа регистрируются импульсы тока пучка убегающих электронов. С увеличением давления газов число убегающих электронов уменьшалось, и для их регистрации необходимо использовать более чувствительный метод, например, регистрировать катодолюминесценцию люминофора с помощью ФЭУ. Применение ICCD-камеры позволило установить, что при длительности фронта импульса напряжения 120 нс в аргоне и азоте также формируются широкие стримеры, которые на начальном этапе у катода имеют сферическую форму. Однако дальнейшее развитие стримера в аргоне и азоте отличается. В аргоне на фронте стримера появляются неоднородности, которые переходят в отдельные диффузные струи. Направление некоторых струй может быть перпендикулярно оси разряда (см. изображения, показанные на рис. 1). Затем при разряде в аргоне промежуток замыкается искровыми лидерами, которые показаны на кадре K4. На рис. 1 также приведены осциллограммы напряжения 1, тока разряда 2 и моменты включения каналов ICCD-камеры. В азоте в этих условиях, как и при наносекундной длительности импульса напряжения [7], сферическая форма стримера сохраняется, а его наибольший поперечный размер до прихода фронта стримера к плоскому электроду достигает длины промежутка ( 8 мм). Кроме того, искровые лидеры при давлении 100 кПа азота не формировались, а от плоского анода было зарегистрировано движение обратной волны ионизации. Затем формировался диффузный разряд, имеющий диаметр светящейся области меньший, чем у широкого стримера сферической формы. Диффузный разряд при уменьшении межэлектродного зазора и(или) увеличения амплитуды импульса напряжения начинал переходить в искровой. Рис. 1 Формирование разряда в аргоне при давлении 100 кПа. (а) и соответствующие осциллограммы напряжения 1 и тока разряда 2 (б). Прямоугольниками (K1, K2, K3 и K4) показаны моменты включения каналов ICCD-камеры и соответствующая длительность экспозиции. Катод на изображениях показан вверху, а анод внизу Таким образом, в данной работе впервые получены данные о формировании широких стримеров сферической формы при фронте импульса напряжения длительностью 120 нс. Образование широких стримеров мы объясняем предыонизацией промежутка убегающими электронами, которые ускоряются при старте процессов ионизации у катода с малым радиусом кривизны до появления стримера. За счет генерации убегающих электронов и рентгеновского излучения при стримерном механизме развития пробоя промежутка при атмосферном давлении азота формировался диффузный разряд. В аргоне в этих условиях также формируется диффузный разряд, но он состоит из нескольких струй, которые трансформируются в искровые лидеры и каналы.

Скачать электронную версию публикации