Научный архив: статьи

Проведено исследование зависимости временных параметров процесса коммутации вакуумного промежутка под действием импульса лазерного излучения наносекундной длительности, падающего на катод, от энергии излучения. На основе полученных экспериментальных данных выдвинуто предположение о том, что под действием импульса лазерного излучения в продуктах эрозии электродов зажигается первоначально тлеющий разряд, который в результате развития ионизационно-перегревной неустойчивости испытывает контрактацию токового канала и переходит в дуговой. При величине энергии излучения, превышающей пороговое значение, падающее на катод излучение непосредственно ускоряет процесс развития неустойчивости и переход тлеющего разряда в дуговой за счет поглощения излучения в плазме разряда.

Неднородное аксиально-симметричное магнитное поле, созданное внешним источником, оказало в разряде вакуумной дуги стабилизирующее воздействие на напряжение инициирующего пробоя по поверхности твердотельного диэлектрика. В качестве объяснения предложен механизм формирования плазменного потока, очищающего поверхность диэлектрика от проводящих продуктов эрозии элементов разрядного устройства.

Приведены результаты исследования процесса эрозии в малогабаритном вакуумном разряднике с искровым поджигом методами электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентного элементного анализа и масс-спектрометрии продуктов газовыделения. Изучены закономерности эрозии и переноса вещества металлических элементов разрядного устройства и диэлектрика, разряд по поверхности которого инициирует процесс коммутации. Обнаружено влияние окисной пленки, присутствующей на поверхности материала катода, на развитие дугового разряда в коммутаторе.

Зафиксировано уменьшение амплитуды тока искрового разряда по диэлектрической поверхности в вакууме с увеличением протяженности искрового промежутка. В присутствии продольного магнитного поля происходит затягивание переднего фронта импульса напряжения пробоя, а ток, в свою очередь, из четко выраженного импульса превращается в знакопеременные колебания. Наблюдалось замедление процесса пробоя при наличии предваряющего искру слаботочного разряда.

Изучался процесс коммутации короткого вакуумного промежутка с помощью вспомогательного разряда по поверхности диэлектрика путем высокоскоростной регистрации изображений плазмы разряда в оптическом диапазоне спектра. На основе анализа полученных экспериментальных данных высказано предположение о существенной роли излучения катодного пятна и катодного факела ультрафиолетового диапазона в процессе формирования токового канала в разряде.

При изучении вольт-амперных характеристик процесса коммутации высоковольтного вакуумного диода плазмой искрового разряда по поверхности диэлектрика обнаружены свидетельства эффективной ионизации остаточного газа излучением катодного пятна, сформированного во вспомогательном разряде. Приведены экспериментальные факты в пользу модели аномального ускорения ионов в вакуумном разряде на искровой стадии.

Изучался процесс коммутации короткого вакуумного промежутка с помощью вспомогательного разряда по поверхности диэлектрика путем высокоскоростной регистрации изображений излучающей в оптическом диапазоне спектра плазмы разряда. На основе анализа полученных экспериментальных данных высказано предположение о существенной роли излучения катодного пятна и катодного факела ультрафиолетового диапазона в процессе формирования токового канала в разряде.

Исследован процесс коммутации вакуумного искрового разрядника при воздействии импульса лазерного излучения наносекундной длительности на мишень, размещаемую на катоде или за пределами короткого межэлектродного промежутка. Регистрировалось время срабатывания разрядника при различных значениях приложенного напряжения и давления остаточного газа. На основе полученных экспериментальных данных выдвинуто предположение о том, что первоначально проводящая среда возникает в результате ионизации остаточного газа УФ-излучением лазерной плазмы и эмитируемыми из нее быстрыми электронами.

Установлено сходство механизмов коммутации компактных вакуумных искровых разрядников и разрядников с лазерным поджигом при сравнимом уровне плотности потока энергии в узле поджига–ионизация остаточного газа потоком коротковолнового излучения и быстрых электронов из плазмы катодного пятна или лазерной плазмы. Указанный механизм позволяет эффективно уменьшать задержку срабатывания разрядника путем повышения энергии поджига. Проведено экспериментальное исследование преимуществ использования схемы поджига с увеличенной энергией для управления малогабаритными вакуумными искровыми разрядниками. Наблюдается устойчивое снижение времени задержки срабатывания разрядника и повышение уровня стабильности задержки. Наиболее эффективно, с точки зрения минимизации и стабильности времени задержки срабатывания разрядника, вложение энергии в формирование инициирующей плазмы происходит на искровой стадии вспомогательного разряда по поверхности диэлектрика в узле поджига.

Экспериментально изучен процесс коммутации миниатюрного вакуумного двухэлектродного разрядника ИК-излучением импульсного лазера. Установлено, что существует минимальное, необходимое для инициирования разряда в вакуумном промежутке, значение энергии излучения, и пороговое значение, начиная с которого проявляется зависимость регистрируемых временных параметров процесса коммутации от энергии лазерного импульса. При энергиях ниже порогового значения задержка появления тока изменяется слабо, при энергиях выше – быстро убывает с ростом энергии излучения. Показан характер зависимости обеих величин от термодинамических параметров материала катода, на поверхности которого находится пятно фокусировки.

Зафиксировано появление трех групп заряженных частиц при воздействии импульса лазерного излучения оптического диапазона с интенсивностью  109 Вт/см2 на металлическую мишень в среде разреженного газа. Показана возможность использования ленгмюровского зонда для диагностики плазменных процессов с наносекундным временным разрешением.

На основе анализа наблюдаемых в эксперименте вольт-амперных характеристик вакуумного диода с инжекцией плазмы поверхностного разряда сделано предположение о том, что первоначально проводящую среду в промежутке «катод-анод» создает ионизация остаточного газа излучением катодного пятна, сформированного на стадии искрового разряда по поверхности диэлектрика. Обнаружены свидетельства справедливости модели аномального ускорения ионов в вакуумном разряде на искровой стадии.