В работе исследованы в окрестности зоны электрического пробоя текстолита в ячейке диэлектрического барьерного разряда микроструктура и элементный состав нанесённых на поверхность текстолита плёнок на основе кремнийорганических лаков и эмалей. Цель и актуальность исследования связаны с необходимостью разработки новых диэлектрических материалов, способных противостоять в разрядной ячейке диэлектрического барьерного разряда в воздухе при атмосферном давлении разрушительному воздействию электрического поля, микроразрядов, а также озона, являющегося очень активным веществом.
Представлены результаты исследования вольт-амперной характеристики и оптических спектров тлеющего разряда атмосферного давления, функционирующего в воздушной струе с расходом до 1 л/мин. Показано, что в диапазоне токов до 100 мА и при средней мощности разряда до 50 Вт наблюдаются колебания напряжения и тока с периодом около 200 мкс, обусловленные перемещением по поверхностям электродов и изменением протяженности положительного столба разряда в потоке воздуха. В диапазоне токов от 100 до 200 мА, на фоне практически постоянного напряжения горения около 600 В, наблюдаются спонтанные переходы к режиму разряда с достаточно низким, на уровне 100 В, напряжением горения и временем жизни от нескольких сотен микросекунд, до нескольких секунд. Основной причиной появления и прекращения этого нестационарного низковольтного режима является нагрев локальных участков электродов разрядной системы в области катодного и анодного свечений до температуры плавления их материала и последующее охлаждение в результате его испарения. При токах разряда более 800 мА наблюдается появление катодных пятен и переход разряда в дуговую форму.
Представлено обсуждение новой формы разряда, возбуждаемого пучком микроволн в газах высокого (вплоть до атмосферного и выше) давления как в свободном пространстве, так и в замкнутой камере. Впервые для осуществления такого разряда использовался мощный гиротрон с параметрами импульсного излучения: мощность импульса 200 P 600 кВт, длительность импульса 0,5 мс 20 мс и длина волны = 0,4 см. В глубоко подпороговых условиях в свободном пространстве в воздухе атмосферного давления плазменный столб длиной L = 50 см возбуждался микроволновым пучком, формируемым квазиоптической системой зеркал. При применении гиротрона с указанными параметрами принципиально возможна генерация плазменного столба, достигающего нескольких метров в длину. Исследованы параметры и структура плазменного образования, позволяющие отнести его к категории открытого и ранее описанного в ИОФ РАН СНС самоподдерживающегося– несамостоятельного разряда. В качестве одного из возможных актуальных приложений разряда рассматривается плазмохимическая очистка городской воздушной среды от экологически опасных примесей.
Приводятся первые результаты использования в качестве основы метода плазмохимической очистки городской воздушной среды от экологически опасных загрязнений подпорогового микроволнового разряда (самоподдерживающегося несамостоятельного (СНС) разряда), возбуждаемого пучком микроволн. Пучок микроволн создаётся гиротронным излучателем, генерирующим одиночные импульсы мощностью 600 кВт, длительностью 20 мс при длине волны 0,4 см. На двух образцах воздуха, изъятых из реальной атмосферы г. Москвы, в лабораторных экспериментах, проведённых в ИОФ РАН, продемонстрирована высокая эффективность одновременного снижения содержания характерных для современного большого города вредных веществ, поставляемых в атмосферу городским транспортом и промышленностью. Предлагаются различные варианты использования СНС-разрядов для решения задач обеспечения экологической чистоты воздушной среды мегаполисов.
Экспериментально исследовано влияние полярности напряжения на высоковольтном электроде диэлектрического барьерного разряда (ДБР) на синтез озона в воздухе при атмосферном давлении в двух различных конфигурациях ДБР: с вращающимся со скоростью 3000 об/мин диэлектрическим диском и с классической схемой с плоскими электродами. В ДБР с движущимся диэлектриком на электроды подавалось постоянное напряжение, а в случае классической ячейки ДБР – переменное напряжение с частотой 50 Гц. В случае ДБР с вращающимся диэлектрическим диском при отрицательной полярности высоковольтного электрода концентрация озона в выходном воздушном потоке в 3,5–4 раза выше, чем при положительной полярности. В случае классической ячейки ДБР влияние полярности переменного напряжения существенно ниже, концентрации синтезированного озона при разных полярностях высоковольтного электрода отличаются в 1,4–1,5 раза.
Проведено исследование условий формирования и свойств диффузных и объёмных разрядов, которые широко используются при высоких давлениях различных газов и их смесей для получения генерации в ВУФ, УФ, видимой и ИК-областях спектра. Установлено, что спектральные характеристики излучения объёмных и диффузных разрядов подобны. Показано, что отличие данных режимов разрядов связано с условиями их формирования. Диффузные разряды формируются за счёт быстрых и убегающих электронов, для генерации которых следует использовать один или оба электрода с малым радиусом кривизны. При получении объёмных разрядов необходимо осуществлять предыонизацию разрядного промежутка от дополнительного источника, а также обеспечивать однородное электрическое поле между электродами.
В воздухе, азоте, аргоне и гелии атмосферного давления исследовано излучение плазмы диффузного разряда, формируемой между двумя электродами с малым радиусом кривизны. При наносекундной длительности импульса напряжения и милиджоульных энерговкладах в газ зарегистрированы треки частиц, вылетающих из ярких пятен на электродах, в том числе, под прямым углом к их поверхности. Показано, что в этих условиях длина треков зависит от полярности электрода и, что в воздухе треки заканчиваются более яркой областью свечения. Установлено, что наибольшую интенсивность излучения при разрядах в четырёх различных газах (воздух, азот, аргон и гелий) имеют треки, которые формируются в воздухе. Из этого, а также из зарегистрированной ранее длительности свечения треков в сотни микросекунд, следует, что их излучение в основном определяется нагревом материала электрода в результате взаимодействия с кислородом.
Работа посвящена изучению свойств плазмы импульсного стримерного разряда, которая по своим свойствам подобна плазме высотных атмосферных разрядов. Создана установка для экспериментального моделирования красных спрайтов, наблюдаемых при разрядах на высотах 40–100 км от поверхности Земли. При низких давлениях атмосферного воздуха определены условия формирования двух волн ионизации (стримеров), которые распространяющиеся в противоположных направлениях из области плазмы, создаваемой ёмкостным разрядом. Измерена скорость фронта волны ионизации, приводятся спектры излучения и фотографии разряда. Анализируется механизм генерации спрайта
Проведены исследования свечения наносекундного диффузного разряда между двумя остриями с высоким пространственным разрешением. При атмосферном давлении воздуха, а также при давлениях 300, 100 и 30 Торр, обнаружено большое число тонких светящихся треков, стартующие из области ярких пятен на электродах.
Показано, что форма треков изменяется от прямых линий до извилистых, а направление их движения в ряде случаев может меняться на противоположное. Установлено, что в условиях формирования тонких светящихся треков, в спектре излучения диффузной плазмы при резко неоднородном электрическом поле и наносекундной длительности импульса напряжения доминируют полосы второй положительной системы азота. С помощью ICCD камеры показано, что излучение треков в первые десятки наносекунд на фоне широких стримеров и диффузного разряда не регистрируется. Выдвинута гипотеза, объясняющая появление многочисленных треков при пробое воздуха в неоднородном электрическом поле.
Экспериментально исследовано при атмосферном давлении в воздухе влияние угловой
скорости вращения диэлектрика в ячейке диэлектрического барьерного разряда (ДБР)
на потребляемую активную мощность. Установлена существенная зависимость по-
требляемой активной мощности ячейкой ДБР от частоты вращения диэлектриче-
ского диска. Исследования проводились при напряжении отрицательной полярности
на высоковольтном электроде, поскольку ранее было установлено, что при отрица-
тельной полярности озон синтезируется интенсивнее.