УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА В ПЛОТНЫХ ГАЗАХ Российский патент 1995 года по МПК H01S3/977 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено для возбуждения активных сред газовых лазеров высокого давления.

Известно устройство для возбуждения объемного разряда в газовом лазере высокого давления, в котором импульсы напряжения длительностью ≅ 10^-6 с униполярной и колебательной форм от высоковольтного генератора подаются на разрядную камеру со сплошными протяженными электродами, где рабочая поверхность анода покрыта тонким слоем диэлектрического барьера.

Недостатком устройства является невозможность его работы от источника постоянного напряжения. Известно использование для накачки электродной системы электростатического генератора роторного типа, включающей протяженные коронирующий и токосъемный электроды, установленные вдоль образующей с наружной поверхности тонкостенного диэлектрического цилиндра - механического транспортера зарядов, выполненного с возможностью вращения вокруг своей оси. При установке с обратной стороны стенки цилиндра против коронирующего электрода заземленной пластины - экрана, усиливается стекание зарядов на диэлектрическую подложку. В газовом промежутке h между рабочей кромкой коротрона и повеpхностью движущегося диэлектрика формируется устойчивый объемный разряд атмосферного давления, величина тока I в котором ограничивается скоростью движения диэлектрика v, поверхностной плотностью нанесенных зарядов σ и длиной коротрона l, так как I=v σ l.

Однако применение в генераторах в качестве коротрона щеточных или пластинчатых электродов, непосредственно контактирующих с движущейся поверхностью диэлектрика, уменьшает ширину промежутка h до микронных размеров, затрудняя развитие ионизационных механизмов в газах и снижая степень однородности зарядки подложки.

Целью изобретения является увеличение мощности непрерывного объемного газового разряда в плотных средах.

На фиг. 1 представлена схема устройства, план; на фиг.2 - вид по А на фиг.1.

Устройство состоит из источника высокого напряжения 1, коронирующего электрода 2 ножевого типа, фольгового электрода-токосъемника 3 и цилиндрической оболочки, состоящей из диэлектрического цилиндра 4 со сплошным фольговым экраном 5 и диэлектрической пленкой 6 с односторонней металлизацией. С помощью металлических спиц 7 и экрана 5 цилиндрическая оболочка закреплена на оси вращения 8, образуя ротор. Ось 8 через скользящий контакт 9 имеет связь с землей. Для обеспечения вращения ротора ось 8 установлена на подшипниках 10.

Работает устройство следующим образом.

При вращении ротора со скоростью на уровне 2000-3000 об/мин подается от источника 1 на коротрон 2 высокое напряжение и обеспечивается зажигание коронного разряда. Коротрон эмиттирует электроны, которые разгоняясь в поле Е, приобретают энергию для развития ионизационных процессов с преимущественным образованием положительных или отрицательных ионов в зависимости от рода газа и потенциала электрода 2. Ионы дрейфует в быстроубывающем поле Е и при подходе к подложке ускоряются в индуцированном поле поляризованного диэлектрика. Поверхностный заряд σ транспортируется ротором к электроду 3 и стекает на землю. При напряженности поля на уровне Е≥20 кВ/см скорость дрейфа ионов сравнима с тепловой скоростью движения молекул газа и существенно превышает скорость движения пленки. Это приводит к столь быстрой зарядке емкости подложки, что область диффузного свечения в месте замыкания объемного разряда на поверхность пленки смещается в сторону против движения ротора. Происходит удлинение промежутка h, и плазменное образование приобретает форму тонкого "листа". Такая форма плазменного образования способствует увеличению устойчивости объемного разряда за счет улучшения условий охлаждения плазмы путем диффузного отвода тепла из объема, а также снижения вероятности развития нескольких независимых возмущений поперек основания разряда.

Получен устойчивый объемный разряд в нейтральном газе Не, электроотрицательных газах СО₂, воздухе и смеси СО₂: N₂:Не при давлении 10³-10⁵ Па в межэлектродном промежутке ≅30 мм и вкладываемой мощности в разряд ≅2 ^. 10³ Вт.

Применение движущейся диэлектрической подложки позволяет получать непрерывный объемный разряд в плотных газах в форме тонкого плазменного листа, что способствует увеличению устойчивости объемной фазы и дает возможность повышать вкладываемую мощность без перегрева газа за счет увеличения поверхности теплоотвода при увеличении промежутка. Кроме того, предложенное устройство не требует введения в цепь питания разряда балластного сопротивления, реализуя КПД ≈100%. Вращающийся полый цилиндр может быть использован для размещения крыльчатки вентилятора, что позволяет организовать прокачку газа в межэлектродном промежутке для введения конвективного охлаждения смеси.

Сущность изобретения: устройство содержит вращающийся полый диэлектрический цилиндр с экраном и металлизированной диэлектрической пленкой. Вдоль цилиндра установлены коронирующий электрод ножевой формы и токосъемный электрод, соединенные с источником высокого напряжения. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА В ПЛОТНЫХ ГАЗАХ, содержащее источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами и экраном, установленными вдоль полого диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения, причем коронирующий электрод установлен вдоль радиуса цилиндра с зазором относительно цилиндра, отличающееся тем, что, с целью увеличения мощности непрерывного газового разряда, экран выполнен в виде слоя из фольги, нанесенного на внешнюю поверхность диэлектрического цилиндра, устройство дополнительно содержит металлизированную диэлектрическую пленку, закрепленную на поверхности экрана металлизированной стороной к нему, а коронирующий электрод выполнен ножевой формы.