Прикладная физика

Приведены результаты исследования взаимосвязи световых характеристик цезиевого импульсно-периодического разряда с режимами электрического питания газоразрядной лампы. Разработано техническое решение генератора коротких (10 мкс) биполярных импульсов тока в виде серии из нескольких импульсов с регулируемыми паузами между сериями, на котором проведено сопоставление характеристик импульсно-периодического разряда с параметрами лампы в режимах одиночных импульсов длительностью, соответствующей временной протяженности серии. В случае импульсно-периодического разряда с биполярными импульсами установлено, что достигнутое значение светоотдачи  = 50 лм/Вт существенно ниже максимума  (63 лм/Вт), полученного при работе лампы в режиме одиночных импульсов с пиковым током 40 А.

В то же время показано, что при одинаковых пиковых значениях тока (20 А) зависимость светоотдачи от электрической мощности лампы в обоих режимах оказывается практически идентичной, что позволяет создать компактную пускорегулирующую аппаратуру для цезиевых ламп импульсно-периодического разряда.

Экспериментально исследовано развитие электрического пробоя в воде с проводимостью 255 мкСм/см при воздействии ультразвуковых волн для геометрии электродов «острие–штырь» с межэлектродным промежутком 8 мм. Обнаружено, что при одинаковом напряжении, близком к минимальному пробойному, вероятность инициации пробоя и замыкания разрядом промежутка увеличивается в два раза при воздействии ультразвуком без создания кавитации, а время допробойной стадии сокращается по сравнению с пробоем без ультразвука.

Установлена связь между мощностью электромагнитного излучения плазмы дуги и величиной потока излучения, падающего на поверхность фотоприёмника. С этой целью решено уравнение переноса излучения в плазме дуги для случаев, когда поверхности электродов полностью отражают либо полностью поглощают падающее на них излучение. Рассматривается случай, когда газоразрядная плазма является аксиально-симметричной, однородной и находится в состоянии локального термодинамического равновесия. Получены формулы для мощности Ppl излучения дуги и мощности Pd излучения, падающего на фотоприёмник. Установлено соотношение, связывающее мощности Ppl и Pd. Выполнен численный анализ этого соотношения в широком диапазоне значений геометрических параметров задачи. Результаты расчётов представлены в удобной графической форме. Получены простые асимптотические формулы, связывающие Ppl и Pd в широкой области параметров эксперимента.

Приведены результаты экспериментального исследования воздействия на поверхность плоского заземленного электрода плазмы импульсного высоковольтного разряда наносекундной длительности в воздухе атмосферного давления, возбуждаемого в резко неоднородном электрическом поле. Показано, что при относительно больших межэлектродных расстояниях между острийным катодом и плоским анодом реализуется диффузный разряд, обеспечивающий однородное воздействие плазмы разряда на поверхность анода.

Экспериментально исследовано развитие электрического пробоя через границу раздела двух жидкостей с различной электропроводностью и различной диэлектрической проницаемостью: слой трансформаторного масла над слоем воды в импульсном электрическом поле, направленном по нормали к границе раздела. Обнаружено, что сначала под действием электрического поля поверхность воды начинает прогибаться в слой масла, затем развивается конусообразная неустойчивость границы раздела жидкостей и конус воды быстро втягивается в масло вблизи высоковольтного электрода, погруженного в масло. Слой масла у электрода становиться тонким, либо конус воды достигает электрода, в результате чего возникает пробой.

Выполнено измерение характеристик распыла воды при инициировании диэлектриче-ского барьерного разряда в области пространства, где происходит распад на капли пленки жидкости, истекающей из отверстия форсунки. Разряд инициировался в области пространства между пленкой воды и высоковольтным электродом, окруженным диэлектрическим материалом. Измерения проводились прямым теневым методом, основанным на получении множества теневых мгновенных микрофотографий капель. Регистрировались осциллограммы тока и напряжения в цепи создания барьерного разряда. Сравнивались средние параметры, такие как средние диаметр и диаметр по Заутеру, капель в двух случаях: без инициирования разряда и при его создании в области пространства, где формируется распыл, при частоте напряжения 5 кГц и его амплитуде 10 кВ. Показано, что в случае с разрядом средние параметры капель значительно уменьшаются, а их количество увеличивается.

Представлены результаты компьютерного моделирования структуры электромагнитного поля СВЧ разряда в кварцевой колбе, помещенной в цилиндрический резонатор, плазма которого удерживается магнитной ловушкой. Использовано приближении холодной плазмы. Цилиндрический резонатор возбуждается через узкую щель в боковой стенке. Показано, что в исследуемом разряде традиционная модель электронно-циклотронного резонанса в скрещенных полях применима на низких плотностях электронов. При увеличении плотности формируется волна, распространяющаяся от области возбуждения в азимутальном направлении. При дальнейшем увеличении плотности электронов коэффициент поглощения волны падает и угловое распределение поля представляет стоячую волну.

Установлено, что давление и температура плазмы излучающей дуги могут быть определены по измеренным значениям напряжения на плазменном столбе, разрядного тока и фототока, обусловленного потоком излучения всего объёма плазмы на фотоприёмник. Для случая аксиально-симметричной однородной дуговой плазмы, находящейся в состоянии локального термодинамического равновесия, сформулированы уравнения, связывающие значения параметров плазмы с результатами измерений. Уравнение для фототока получено на основе решения уравнения переноса излучения в плазме дуги произвольной оптической плотности. Рассмотрены случаи отражающих и поглощающих электромагнитное излучение поверхностей электродов. Показано, что задача определения параметров плазмы дуги сводится к решению системы двух нелинейных относительно давления и температуры уравнений. Описанный метод использован для определения параметров плазмы сильноточной вакуумной дуги на этапе анодной активности. На примере плазмы вакуумной дуги показана устойчивость метода по отношению к погрешностям исходных данных.

Исследуется электрогидродинамический процесс движения в системе двух несмеши-
вающихся жидкостей – проводящая вода и трансформаторное масло, под воздей-
ствием импульсного электрического поля, ориентированного перпендикулярно границе
раздела. Показано, что при импульсном воздействии наблюдается более интенсивное
движение проводящей воды, что приводит к её проникновению в слой более легкого
масла, расположенного над водой. Это движение приводит к образованию и росту ко-
нуса воды в масле. Высота конуса зависит от амплитуды и длительности импульса
приложенного напряжения. В результате экспериментов и моделирования определе-
ны характерное время достижения водяным конусом верхнего потенциального элек-
трода. Результаты моделирования в хорошей степени совпадают с эксперименталь-
ными результатами.