|
Физические явления в газоразрядной плазме - Велихов Е.П.Скачать (прямая ссылка):  128 с периодом изменения поля, из (5.25) получим п где <v'>="Hv'(f sinwOd о Здесь E0 — амплитуда переменного электрического поля. Аппроксимируя частоту ионизации формулой V, (EfN) = AN exp (-BNfE) и считая, что BNlE0^l, можно записать выражение для усредненной частоты ионизации в виде l? (BNfE0)V* Отсюда для амплитуды плотности тока разряда получим ' ?, (BNfE0)1/2 0 V ; Как видно, амплитудное значение плотности тока по сравнению с разрядом постоянного тока при напряженности электрического поля, равной E0, уменьшилось в (BNfE0)^2 раз. Это связано с тем, что ионизация газа происходит в течение малой части периода изменения поля. Из того факта, что для поддержания той же скорости выделения энергии, что и в разряде постоянного тока, требуется большая напряженность электрического поля, следует, что разряд переменного тока должен быть более устойчив. Действительно, рассмотрим, например, развитие пере-гревно-ионизационной неустойчивости в разряде переменного тока. Так же как и в разряде постоянного тока, выражение для инкремента нарастания перегревно-ионизацион-ной неустойчивости имеет вид (см. (3.16)) 1 _у- 1 UE0 a (Inq) ,C9r. т - у 2р д (InN)' Как видно, при заданной скорости выделения энергии, определяемой величиной j0Ej2, инкремент-неустойчивости- 1 dung) ^BN X ~ д (In N) ^ E0 ' Найдем амплитудное значение напряженности электрического поля E0, обеспечивающее ту же скорость выделения энергии, что и в разряде постоянного тока, из равенства CfE2 = j0Ej2 = аЕЦ2. 5 Е. П. Велихов н др. 129 Здесь E — напряженность электрического поля в разряде постоянного тока, ст=e\ke\il$r, а определяется из (5.26). В результате получим Оценки показывают, что амплитуда поля E0 превышает примерно на 20 % напряженность поля в разряде постоянного тока при одинаковом уровне энерговыделения. Соответственно на столько же можно, перейдя от разряда постоянного тока к переменному, повысить объемный энерговклад в плазму. Физика явления состоит в том, что неустойчивость развивается тем быстрее, чем быстрее с уменьшением плотности газа растет усредненная по периоду частота его ионизации, а чем больше напряженность электрического поля, тем медленнее с уменьшением плотности газа растет частота его ионизации. § 5.6. Комбинированный разряд и его устойчивость Следующим шагом в повышении устойчивости газового разряда после использования разряда переменного тока является создание так называемого комбинированного разряда. В этом случае к электродам разрядной камеры прикладывается постоянное напряжение, которое существенно ниже напряжения горения разряда, а ионизация газа осуществляется короткими высоковольтными импульсами напряжения, прикладываемыми к тем же электродам. Как следует из (5.27), инкремент неустойчивости разряда переменного тока не зависит от частоты изменения поля. Это связано с тем, что отношение времени, в течение которого идет ионизация газа, к периоду изменения поля не зависит от частоты изменения поля. В случае же ионизации газа импульсами напряжения отношение времени, в течение которого идет ионизация газа, к периоду следования импульсов можно существенно уменьшить. Это приведет к увеличению напряженности электрического поля в импульсе и тем самым к усилению устойчивости разряда при заданном уровне энерговыделения. Отметим, что комбинированный разряд характеризуется двумя величинами: Es — напряженностью постоянного электрического поля, приложенного к плазме, и Ep — напряженностью импульсного электрического поля, прикладываемого на время Tp, с периодом следования импульсов Т. E0 E (5.28) 130 Усредняя (5.25) по периоду следования импульсов с условием, что концентрация электронов за период меняется мало, для эффективной частоты ионизации получим <v,> = Vt(Ep)XpIT. (5.29) Выражение для плотности тока комбинированного разряда приобретает вид / = (Ч^І (Ep) *рФгТ) Es - ст'Es. (5.30) Соответственно для инкремента перегревной неустойчивости в комбинированном разряде имеем j__у — 1 Q1E2S д (In о') _ у — 1 о'El BN ^qn т у р д (In N)" у р Ep' ^ ^ Найдем величину Ev, обеспечивающую ту же скорость выделения энергии, что и в разряде постоянного тока, из уравнения аЕ" = а' Е\. Получим, что поле E в разряде постоянного тока и Ep в ионизирующем импульсе при одинаковой скорости выделения энергии связаны соотношением Н'-^ШТ- <532> Заметим, что для того чтобы концентрация электронов на протяжении периода следования импульсов ионизации менялось мало (Дл/л<1), необходимо выполнение условия При соотношении параметров, например, 77тр = Ю0, EIEs-=5, из (5.32) получим EpIE=5. Таким образом, инкремент развития перегревной неустойчивости в комбинированном разряде при указанном соотношении параметров в пять раз меньше, чем в разряде постоянного тока при одинаковой скорости выделения энергии. • Из (5.31) и (5.32) следует, что в пределе, когда длительность импульса ионизации стремится к-нулю, инкремент развития неустойчивости тоже стремится к нулю. Но в этом случае инкремент развития неустойчивости будет определяться теми же процессами, что и в несамостоятельном разряде с внешней ионизацией, горящем в электрическом поле Es (гл. IV). Таким образом, в пределе очень коротких импульсов ионизации комбинированный разряд по своим параметрам должен приближаться к несамостоятельному разряду.
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
