Способ исследования разряда в инертных газах и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H01J9/42 

СЛ

СО

Изобретение относится к газоразрядным приборам, использующим разряд постоянного тока в инертных газах;и может быть применено при исследовани-t ях плазмы. Цель изобретения - упро-, щение исследований в газоразрядных трубках любого сечения. Цель изобретения достигается тем, что различные сечения разрядного канала создают в одной газоразрядной трубке переменного сечения путем перемещения в ней анода и измеряют длины и частоты бегущих страт в расположенной перед анодом точке канала, в которой пространственный инкремент страт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, получая тем самым характеристики страт для любого сечения разрядного канала, в устройстве для осуществления способа трубка выполнена в форме .усеченного конуса, причем угол раствора конуса и длина трубки, превышающая длину тре страт, находятся в следующей зависимости: Li 3Nr0 /1±3NtgeЈ, где L - длина конуса; 2оЈ - угол его раствора; г0 - радиус анодного торца конуса (знак + или - соответствует случаям, когда анод помещен со стороны широкого или узкого конца конуса соответственно); N - отношение длины примыS (Л кающей к аноду страты к ф-лы, 1 ил. 2 с.п.

Изобретение относится к исследованию газового разряда в приборах, в ч--. .частности к измерению длины и частоты бегущих страт в плазме разряда постоянного тока.

Известен способ определения длины и частоты бегущих страт в газоразрядной плазме, который осуществляется в цилиндрической трубке, наполненной газом, между электродами которой прикладывается постоянная разность потенциалов .

Цель изобретения - упрощение исследований в газоразрядных трубках любого сечения, заполненных инертным газом.

.Длины ft и частоты f бегущих страт находят в цилиндрических трубках с любым сечением разрядного канала. Задача эта весьма важна, так как страты несут информацию о многих параметрах и свойствах разряда и могут быть использованы для определения некоторых из них. Например, по минимальной длине стрсЧт AMV1H, существующих самопроизвольно или возбуждаемых искусственно, можно определить величину логарифмической производной скорости и ннза- ции по концентрации электронов -5, которую трудно определить каким-либо иным способом,

,/2

А 2пг

L.

-} 2и11 ДАИН Аналогично по известной частоте страт

можно рассчитать производную от скорости ионизации по температуре. Из выражений частоты и инкремента страт можно находить и другие характеристик ки плазмы.

В предложении различные сечения разрядного какала создают в одной газоразрядной трубке переменного сечени путем перемещения в ней анода и иэме- ряют упомянутые характеристики страт в расположенной перед анодом точке канала, в которой инкремент страт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, получая тем самым характеристики страт для любого сечения разрядного канала. При этом также трубка выполнена в форме усеченного конуса, причем угол раствора конуса и длина трубки, превы шающая длину трех страт, находятся в следующей зависимости 3Nr0

1l 3Ntpr0t где L - длина конуса;

2оЈ- угол его раствора; rQ - радиус анодного торца конуса (знак + или - соответствует случаям, когда анод помещен со стороны широкого или узко- го конца конуса соответст--- венно):

N - отношение длины примыкающей к аноду стряты к го,

В способе исследования разряда впервые предлагается создавать различные сечения разрядного канала в одной газоразрядной трубке переменного сече -ния (при этом трубка выполняется специальной формы) путем перемещения в ней анода, измеряют частоту и длину страт в расположенной перед анодом точке канала, в которой пространственный инкремент страт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, получая тем самым характеристики страт для любого сечения разрядного канала.

5

5

0

5

Q

5

5

На чертеже представлена схема устройства для определения длины и частоты бегущих страт.

Устройство состоит из наполненной газом конической разрядной трубки 1 с подцижным анодом 2 и катодом 3 выпрямителя 4. При экспериментальной проверке данного способа один из конусов имел длину 60 см и радиусы торцов 1 см и 2,4 см. Использовались полые цилиндрические катод и анод. Измерения проводились в неоновой и аргоновой плазмах в диапазоне давлений 0,1 -.15 тор и разрядных токах Ю - 250 мА. В тех же условиях велись и.опыты в цилиндрических разрядных трубках, длина которых равна 60 см, а радиусы 1,2 и 3 см.

Выбранная геометрия разрядного канала в виде усеченного конуса вращения и наличие подвижного анода позволяют при перемещении последнего измерять частоту, длину и пространственный лнкремент бегущих страт перед анодом области канала, в которой пространственный инкремент страт макси-1 мален.

Последовательные измерения позволяют в различных заданных положениях анода при его перемещении получить упомянутые характеристики г.трат для любого сечения разрядного канала (зависимость длины и частоты страт от радиуса).. При этом для возникновения страт необходимо осуществление положительной обратной связи. На пороге возбуждения страт, т.е. когда возникают слабые страты с малым коэффициентом пространственного усиления, необходимое для осуществления положительной обратной связи достаточно большое усиление осуществляется выбором достаточно большой длины разрядного канала. Минимальная длина канала оказывается равной суммарной длине трех страт. Объясняется этот факт тем, что для развития зародившейся у катода страты необходимо существование области положительного столба с минимальной длиной f, на которой амАл VI

плитуда страт возросла в е раз, т.е.

Аи/А0 е(Ьмин,

где А0 - амплитуда стратн и катода; А - амплитуда гтраты на расстояiimi 1 / от него; V (t o пространственный коэффициент усиления и его пороговое значение.

51705

Возбуждение страт в ограниченном положительном столбе при минимальной длине столба LMn начинается .

При этом устанавливается положитель5

пая обратная связь. Заметим, что при удалении от границы возникновения страт по мере увеличения их пространственного коэффициента усиления длина положительного столба, необходимая для установления положительной обратной связи, несколько укорачивается и может стать соизмеримой не с тремя,, а с двумя и даже с одной стратой. При этом в конической трубке одновременно/ происходит укорочение страт в интервале от их оптимальной длины, которая реализуется.в цилиндрических трубках, до минимальной. В этом случае длина

страт с максимальным пространственным инкрементом в конусе оказывается заниженной по сравнению с оптимальной длиной страт в цилиндрической разрядной трубке соответствующего радиуса.

Для установления положительной об- ратной связи на границе возникновения страт необходимо, чтобы выполнялось условие 3

L

мин

z:v

со

Максимальное значение угла раствора конуса может быть найдено из соотношения, характеризующего изменение фазы колебаний вдоль разрядного промежутка

з

0(х) J k(x)

(2)

Уо

где х0 - координата начала первой

страты на его оси; х - координата конца третьей

страты.

В конусе длина страты вдоль оси няется как

fl0(rx/r0), поэтому

I,

JMHW КЬ Х0

3Nro

(3)

(4)

1-3Ntc; X.

Здесь .а Nr0, где го - радиус сечения конуса вблизи анода; II - число, изменяющееся от «3 до 10, угол Отраве половине угла раствора конуса. В случае, когда анод помещен не со стороны узкого, а со стороны широкого торца конуса, в знаменателе выражения (4) знак - заменяется на знак +.

Из выражения (4) находят, что для самых длинных страт с & 10,.,

5

, 5

0

5

30

35

Q

45

50 5

1 ID

угол Ос пред 2°, а максимальный угол раствора конуса 2 (X 4°. угла раствора конуса 0 1° и при 1 см максимальная длина конуса L/икн я: 63 см. Для более коротких страт с IK10 длина конуса, соизмеримая с суммарной длиной трех страт, будет меньшей. Так для () минимальная длина конуса LM(,3 см. 3 этом случае конус обладает большим.; максимально возможным углом раствора мацс 7,6° . Для самых коротких страт () максимальный угол (Хдииге л. 12,6°. В конических разрядных трубках с углами раствора, большими или порядка 12 , бегущие с траты вообще не возникают из-за их стабилизации.

Таким образом, для самых коротких оптимальных длин страт максимально возможный угол раствора конусао дщ ь 1 2 , а для самых длинных О /исие fc Конус с углом раствора , Ј 4° позволяет изучать страты любой длины.

При экспериментальной проверке данного способа один из конусов имел длину 60 см, угол раствора 2 . Другое устройство имело ту же длину и угол раствора 8°. Использовались устройства и с другими (X. и L. В конусах с углом раствора С. 2,6° найденные в них на опыте значения длин и частот бегущих с грат совпадают с найденными в цилиндрических труб-ах при одинаковых радиусах цилиндров и радиусах анодных торцов конуса и одинаковых разрядных тока х и давлениях газа в устройствах. В конусах с углами раствора порядка 8° удается наблюдать только короткие страты. Заметим, что при таких (больших) углах раствора конуса происходит значительное сокращение области .существования страт по току и давлению но сравнению с областью их существования в цилиндрических трубках.

Таким образом-, предложенные способ и устройство существенно упрощают исследование разрядов в цилиндрических трубках с любым сечением канала при измерениях длины и частоты бегущих страт. Измерения во многих цилиндрических Трубках заменяются измерениями в одной конической разрядной трубке с подвижным анодом. Способ и устройство можно использовать при изучении газовых разрядов в различных приборах, например, в газовых лазе- , рах на инертных газах. Способ и устройство просты в осуществлении.

7170591 Формула изобретения

8

0

5

рой пространственный инкремент страт максимален, причем указанные измерен ния ведут в каждом положении анода.

ii3Ntg y:

где г. ,- радиус анодного торца конуLS:

w w

4 - отношение длины примыкающей

к аноду страты к г4