Устройство для получения разряда постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H01J17/00 

1

Изобретение относится к изучению физических свойств вещества, в частности к газоразрядным приборам, ис- . пользующим разряд постоянного тока, и может быть применено для получения .

Известно устройство ДЛЯ получения разряда постоянного тока, в котором между катодом и анодом, помещенными в цилиндрической трубке, наполненной газом, прикладывают постоянную разность потенциалов 11 j.

Недостатком этого устройства является то, что в плазме такого разряда в широкой области изменения ее параметров: давления газа, диаметра трубок, величины разрядного тока, образуются бегущие стра1 ы. Они являются источником шумов и колебаний, которые препятствуют эффективному использованию разряда при различных важных технических применениях.

.2

Известно устройство для получения разряда постоянного тока, содержащее разрядную; трубку с находящимися внутри нее катодом и анодом, между которыми приложено постоянное напряжение. Во внешнюю цепь устройства последовательно включают источник переменной ЭДС, модулирующий ток разряда 2.

В последнем случае иногда удается

10 устранить страты или уменьшить их амплитуду действием механизма асинхронного подавления. Однако это подавление возможно только при наличии 5 слабых страт, имею1чих синусоидальную форму, т.е. вблизи порога их возникновения в очень узкой области изменения разрядных условий. Во всей же остальной очень широкой области раз20рядных условий не только не удается подавить страты, но даже не удается хоть сколь-нибудь заметно ослабить их. Кроме того, при асинхронном подав лении внешний генератор создает колебания плазмы положительного столба ее параметров,разрядного тока и свечения разряда. Целью изобретения является выравнивание параметров плазмы по длине трубки путем подавления страт и вы званных ими шумов и колебаний. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для получения разря да постоянного тока, содержащем разрядную трубку с расположенными внутр нее катодом и анодом, разрядная труб ка выполнена конусообразной формы, при этом минимальное знамение козф фициента изменения радиуса трубки оп ределяется формулой ,3%R где пороговое значение коэффициента npocTpaHctBeHHoro усиления страт , 6- расстояние между электродами; . JSiio. эн 14,671: НД9Т/ ЕриТд- продольное электрическое поле и температура электронов соответственно;HQ- энергия, теряемая электроном в 1 с при столкновениях; R.- радиус конуса в его узкой части. Более полное подавление страт будет наблюдаться, если катод расположен со стороны малого основания конуса. На чертеже представлена схема устройства для получения газового разряда. Устройство состоит из разрядной трубки конической геометрии 1, наполненной газом. Внутри трубки П9мещают металлические электроды: катод 2 и анод 3, между которыми прикладывают постоянную разность потенциалов от выпрямителя k. При экспериментальной проверке данного способа использовались полые цилиндрические катод и анод. Их диаметры 3 и 7,5 см соответственно. Расстояние между электродами составляет 3 см. Угол раствора конуса трубки около 8, . Эффект подавления страт наблюдался в неоновой плазме во всем испытанном диапазоне давлений: от 0,1 до 4 мм рт.ст. и разрядных токах ОТ 1 до 200 мА. Такой же эффект обнаружен также и в других использованных трубках конусоо бразной формы. При этих условиях в цилиндрических трубках с радиусами, равными радиусам самой широкой и самой узкой части конуса, устанавливаются насыщенные страты и возникают вызванные ими, шумы и колебания. Вместо конуса могут быть реально использованы геометрии типа круговой или конической бочек, реализующие плавное изменение ширины разрядного канала. Наблюдаемый эффект подавления страт можно объяснить следующим образом. В трубке конической формы в принципе также могли бы возбуждаться страты с длинами от Д. до Д. непрерывно меняющимися в соответствии с законом подобия, так что , где A-f - длина страты в трубке радиуса R , ЛЭ- длина страты в трубке радиуса R , что привело бы к возбуждению шума с непрерывным спектром частот. При этом частота страт в труб| е конической формы могла бы принимать Значения от до f , где .. В трубках конической формы по мере. непрерывного изменения радиуса сечения конуса условия образования страт и их собственная частота в аксиальном направлении непрерывно меняются от точки к точке. Эти изменения происходят на столь малой длине, что условия усиления страт, необходимые для их развития, перестают выполняться. Это и объясняет эффект подавления страт в трубках конусообразной формы. Пример. Согласно довременным теоретическим представлениям, подтвержденным экспериментом, для развития зародившейся у катода страты необходимо существование такой области положительного столба длиной которой амплитуда страты возросла бы в е раз, т.е. /1 - , где АО - амплитуда страты-у катода, AI амплитуда страты на расстоянииII M;,V, I/V от него. Ц и Чо - пространственный коэффициент усиления и его пороговое значение. Возбуждение страт в ограниченном положительном столбе начинается при Ф 7 % Пороговое значение безразмерного коэффициента пространственного усиления страт можно оценить в соответствии с и - I о cw р /о« о 6 т+ 5 EQ пл ,. Здесь 24То ) Е и Т., - продольное электрическое и электронная температура (в эВ соответственно, Ь длина трубки, Sie ..,.. -Р - безразмерной волновое л to у , л,, , ЧИСЛО, Ьо () , где Н - энерги Пп V CTIO / теряемая электроном в 1 с при столкн вениях. Индекс О соответствует стаци онарному состоянию столба (без страт Соответствую1цие оценки для 1Че при данных разрядных условиях: р 1 мм рт.ст., R 1,75 см, U З см дают 0 О,, т.е. обычный коэффициент пространственного усиления страт Vo наблюдаемых в цилиндр ческой трубке радиуса , равен ,2, так как, Условия возбуждения страт могут заметно изменяться при изменении радиуса трубки на минимальной длине, необходимой для развития страт, по крайней мере, на 30%. Тогда можно по лучить условие, определяющее минимал ный коэффициент изменения радиуса трубки вдоль оси cL Действительно, закон изменения радиуса вдоль оси с расстоянием от катода имеет вид: R Ц-Нз{эе,, где R - радиус трубки (У катода. Обозначим величину радиуса трубки на расстоянии катода через Ri. Тогда R5L/R--1 - , что приводит к с отноиению: fl,3 dL n,3%Ri, где определяется формулами (.1 ) и da). Таким образом, линейный коэффициент изменения радиуса трубки вдоль оси ,34oR,, что при данных условиях составляет оС7П,1. Коэффициент же изменения ра диуса трубки в данном устройстве составляет 0,07, т.е. близок к вычисленному по формулам С1), СЗ ) теоретически. В случае, когда катод расположен в более широкой части конической тру ки, страты не возникают самопроизвол но, а возбуждаются искусственно интенсивными колебаниями головы положи 5« тельного столба на низкой частоте, заключенной внутри области частот ррзо нансного возбуждения страт. Эти колебания стимулируют возбуждение искусственных страт, которые в условиях изменякэдегося радиуса трубки меняют длину свою и затухают. Когда же катод располагается в узкой масти конической трубки, часто а колебаний головы столба оказывается значительно большей, чем собственные частоты страт, поэтому в данном случае не возбуждаются даже искусственные страты. Заметим, что страты не возникают в этом случае и при возбуждении их внешним генератором ни при каких частотах воздействия. Это связано с тем, что прохождение к аноду возбуждаемых у катода коротких страт по расширяющемуся каналу разряда затруднено. Таким образом, предложенное устройство для получения 0азряда постоянного тока обеспечивает возможность осуществления разряда, при котором уда подавить полностью или уменьшить амплитуду страт, а также подавить или уменьшить уровень вызванных ими шумов и колебаний. Его можно использовать в различных газоразрядных устройствах, например в люминесцентных лампах. При использовании в активных элементах оптического квантового .генератора он позволяет также влиять на условия генерации ОКГ, на величину мощности генерации. Способ прост в осуществлении. Формула изобретения 1. Устройство для получения разряда постоянного тока, содержащее разрядную трубку с расположенными внутри нее катодом и анодом, отличающееся тем, что, с целью выравнивания параметров плазмы по длине трубки путем подавления страт и вызванных ими шумов и колебаний, разрядная трубка выполнена конусообразной Лормы, при этом минимальное значение коэффициента изменения радиуса трубки ,ределяется Лормулой - (,3toK,,. где пороговое значение коэффициента пространственного усиления страт Ч - -р я о Р Г7 f - ° U t-И 4 i 7 L - расстояние между электрЬда бКЕо124То)1, L ХЕо L Т 4;ВК Но /о Ей Т. - продольное электрическое поле и температура электро нов соответственно; И г энергия, теряемая электро ° ном в 1 с при столкновениР.- радиус конуса в его узкой части. 968865 - 2. Устройство по п, 1, о т л и $основания конуса. -Источники информации, чающееся тем, что, с целью более полного подавления страт, катод располбйсен со стороны, малого принятые во внимание при экспертизе 1, Недоспасов А.В. УдН, 9, вып. 3, 1968, . 2.. оЬе К., Takeda Г,. Bertrage Plasmaphys, , 55, I.