|
Физические явления в газоразрядной плазме - Велихов Е.П.Скачать (прямая ссылка):  §5.10. Физические особенности импульсно- периодического режима поддержания объемных разрядов в потоке газа Параметры объемной плазмы, создаваемой стационарными разрядами с конвективным охлаждением, ограничены развивающимися в плазме неустойчивостями. По этой причине значения параметров плазмы, которые достижимы в стационарных разрядах в газовых потоках, ограничены условием - IJv < тл, (5.92) где Xx — характерное время развития самой быстрой (для каждой конкретной физической ситуации) из неустойчивостей плазмы, рассмотренных нами в гл. III, IV, v — скорость потока газа, I0 — размер, вдоль которого осуществляется прокачка газа. " - При выполнении неравенства (5.92) накапливающиеся возмущения будут вынесены из разрядной зоны раньше, чем они успеют развиться и нарушить однородность плазмы. Если, например, главной физической причиной, нарушающей однородность плазмы самостоятельного объемного разряда, является развитие перегревно-ионизационной неустойчивости с характерным временем, определяемым 153 (3.16), то параметры разряда будут ограничены неравенст-і вом ^ у р І д (In а) V ^ Т* у— 1 JE I у—1/?| д (In N) Отсюда следует, что скорость выделения электрической Щ энергии в плазме не может превосходить вполне определен- 4 ное значение ЦЕ)тах. ; Вместе с тем существует другой способ возбуждения . конвективно охлаждаемых газовых сред, оставляющий возможность более широкой вариации параметров плазмы. t Таким способом является осуществление импульсно-перио- * дического режима поддержания газового разряда. В этом -режиме поток газа возбуждается импульсным разрядом, длительность которого тр мала по сравнению с временем | прокачки газа через рабочий объем: тp<?ljv. При этом если * следующий импульс тока последует не раньше чем через 4 время T = IajV, ТО, С ОДНОЙ СТОрОНЫ, Среда успеет охладить- I СЯ К следующему импульсу, а С другой — B процессе ВОЗ- I буждения снимается ограничение (5.92). Это означает, что 1 в импульсе могут быть реализованы параметры, свойствен- Jf ные не стационарному, а импульсному разряду. Например, | скорость выделения энергии в импульсе не ограничена ус- | ловием ljv<ixx и потому может быть значительно выше, чем I средняя скорость выделения энергии, которая, естественно, s. ограничена физическим условием типа (5.92). , Реализация импульсно-периодического разряда в пото- ' ке газа значительно расширяет область возможных применений газоразрядной плазмы. Наиболее ярким примером такого применения является создание квазинепрерывны? лазеров импульсно-периодического действия. В этом случае необходимость возбуждения среды именно таким спо- " собом вызвана тем, что для создания инверсной населенности на быстро релаксирующих состояниях (например, корот-коживущие эксимерные молекулы) требуется не просто подвести к среде определенную энергию, а подвести эту энергию за достаточно короткое время, что в условиях стационарного разряда не представляется возможным. Казалось бы, чем, собственно, характеристики плазмы в каждом отдельном импульсе импульсно-периодического объемного разряда в потоке газа отличаются от характери- , стик моноимпульсного разряда, изученного нами в преды- | дущих главах? Конечно, ничем, если каждый следующий импульс идет с достаточно большой задержкой во времени. Однако с уменьшением этой задержки, т. е. с приближением 154 ее к времени прокачки газа через рабочий объем, в импуЛьс-но-периодическом режиме горения разряда возникают дополнительные физические процессы, обусловленные наличием быстрого потока газа и высокой частоты повторения импульсов. Оказывается, эти физические процессы ограничивают предельную частоту следования импульсов на меньшем урОВНе, ЧЄМ ЭТО СЛеДОВаЛО бы ИЗ ОЦеНКИ /iim=u//o. Основными физическими причинами, ограничивающими значение предельной частоты следования объемно однородных импульсов тока разряда, являются: адиабатическое расширение области нагретого разрядом газа; нагрев поступающего в разрядную область газа ударными волнами; наличие градиентов плотности газа в разрядном объеме, обусловленных акустическими колебаниями; развитие пе-регревно-акустической неустойчивости; замедленная смена газа в приэлектродном пограничном слое. Частота повторения импульсов разряда должна выбираться таким образом, чтобы газ за время между импульсами был полностью удален из межэлектродного объема. В противном случае накапливающиеся в среде возмущения приведут к развитию какой-либо из ионизационных неустойчивостей плазмы. Нахождение этой частоты не является тривиальной задачей, поскольку газ, разогреваемый в каждом импульсе, в паузе между импульсами расширяется и может двигаться против потока газа при дозвуковых скоростях движения потока. Время выделения энергии в газе в результате возбуждения среды импульсом разряда обычно много меньше времени расширения области нагретого газа. В этом случае конечный размер расширяющегося нагретого газа можно оценить, считая процесс адиабатическим: _1_ 1 -I -(Y-I)Ie j1/v. (5.93) Здесь Wp — энергия, вложенная в единицу объема разряда; I — размер нагретой области газа после расширения. Отсюда видно, что период следования импульсов'должен быть увеличен по крайней мере до T = Ijv > IJv, чтобы вынести из разрядной зоны всю разогретую и потому расширившуюся навстречу потоку массу газа.
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
