Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов

Разряды при атмосферном давлении представляют интерес для создания перспективных источников электромагнитного излучения. С целью исследования физики пробоя, структуры приэлектродной области, а также возможности получения сильных электрических полей при низком значении приложенного напряжения в откры...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Вопросы атомной науки и техники
Datum:	2003
1. Verfasser:	Орешко, А.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2003
Schlagworte:	Газовый разряд, ППР и их применения
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111176
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов / А.Г. Орешко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 263-264. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111176
record_format	dspace
spelling	Орешко, А.Г. 2017-01-08T17:04:28Z 2017-01-08T17:04:28Z 2003 Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов / А.Г. Орешко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 263-264. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111176 533.9 Разряды при атмосферном давлении представляют интерес для создания перспективных источников электромагнитного излучения. С целью исследования физики пробоя, структуры приэлектродной области, а также возможности получения сильных электрических полей при низком значении приложенного напряжения в открытом разряде был выполнен ряд экспериментов. Экспериментально доказан доменный механизм ускорения заряженных частиц в плазме. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Газовый разряд, ППР и их применения Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов
spellingShingle	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов Орешко, А.Г. Газовый разряд, ППР и их применения
title_short	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов
title_full	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов
title_fullStr	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов
title_full_unstemmed	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов
title_sort	генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов
author	Орешко, А.Г.
author_facet	Орешко, А.Г.
topic	Газовый разряд, ППР и их применения
topic_facet	Газовый разряд, ППР и их применения
publishDate	2003
language	Russian
container_title	Вопросы атомной науки и техники
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
format	Article
description	Разряды при атмосферном давлении представляют интерес для создания перспективных источников электромагнитного излучения. С целью исследования физики пробоя, структуры приэлектродной области, а также возможности получения сильных электрических полей при низком значении приложенного напряжения в открытом разряде был выполнен ряд экспериментов. Экспериментально доказан доменный механизм ускорения заряженных частиц в плазме.
issn	1562-6016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111176
citation_txt	Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов / А.Г. Орешко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 263-264. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT oreškoag generaciâanomalʹnyhobrazovaniipritermalizaciibystryhélektronov
first_indexed	2025-11-25T21:07:25Z
last_indexed	2025-11-25T21:07:25Z
_version_	1850550320694820864
fulltext	УДК 533.9 ГЕНЕРАЦИЯ АНОМАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ПРИ ТЕРМАЛИЗАЦИИ БЫСТРЫХ ЭЛЕКТРОНОВ А.Г. Орешко Московский Авиационный Институт, Москва, Россия Oreshko_Alex@mail.ru Разряды при атмосферном давлении представляют интерес для создания перспективных источников электромагнитного излучения. С целью исследования физики пробоя, структуры приэлектродной области, а также возможности получения сильных электрических полей при низком значении приложенного напряже- ния в открытом разряде был выполнен ряд экспериментов. Экспериментально доказан доменный механизм ускорения заряженных частиц в плазме. 1. ВВЕДЕНИЕ В работах [1,2] при взаимодействии электриче- ского разряда с металлом и полимером [1] и при вза- имодействии лазерного излучения с воздухом [2] экспериментально получены аномальные образова- ния типа шаровой молнии. Однако нельзя считать, что структура таких образований и механизм их ге- нерации являются окончательно выясненными. 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Эксперименты проводились на установке ПП-10 [3], состоящей из накопителя (емкостного типа), за- рядного устройства, блока запуска и средств диагно- стики. Амплитудное значение приложенного напря- жения составляло 8,3 кВ. Электрическая схема уста- новки аналогична схемам, используемым в плазмен- ных пушках. Схема эксперимента дана на рис.1. Рис.1. Схема эксперимента на ПП-10. 1- электрод; 2 – корпус ячейки; 3- электронно-оптическая каме- ра ФЭР-7; 4 – полупроводниковый детектор; 5 – коллектор; 6 – пояс Роговского; 7 – блок регистра- ции СВЧ-излучения; 8 –электронно-оптический преобразователь; Л - объектив Электронно-оптическая регистрация свечения осу- ществлялась в режиме линейной развертки изобра- жения с помощью камеры ФЭР-7. В режиме затвор- ных импульсов использовались двухкаскадные элек- троннооптические преобразователи ЭП-15 и ПВ- 20А с максимумом чувствительности соответствен- но в зеленой и сине-зеленой части спектра. Время экспозиции составляло соответственно 5 и 30 нано- секунд. Задержка запуска преобразователя относи- тельно начала роста напряжения в начальной стадии разряда осуществлялась с помощью кабельных ли- ний на основе РК-75, в основной стадии - с помо- щью генератора импульсов ГИ-1. В экспериментах регистрировались: приложенное напряжение, ток в разряде, ток быстрых электронов, спонтанные маг- нитные поля, порождаемые микропучками быстрых электронов, сверхвысокочастотное (СВЧ) и рентге- новское излучение. Разрядная ячейка состояла из двух электродов. С целью снижения электромагнит- ных помех все “земли” присоединялись к одной точ- ке, а осциллограммы регистрировались в экраниро- ванной комнате со стабилизированным питанием аппаратуры. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТА- ТЫ При имеющихся параметрах RLC-цепи и нагруз- ки форма импульса напряжения и тока имеет гармо- нический затухающий характер. Осциллограммы напряжения и тока в разряде даны на рис.2. Поляр- ность приложенного напряжения на электродах ме- нялась через каждые полпериода. На осциллограмме тока во время, соответствующее перемене полярно- сти напряжения, имеются полочки. Их существова- ние связано с переходом части электронов в слои из- быточного отрицательного заряда [4]. Из-за более высокой подвижности электронов и значительной Рис.2. Осциллограммы: приложенного напряжения – 1 (верхний луч) и тока – 2 (нижний луч) инерционности ионов в переменных полях при сме- щении группы частиц на расстояние, превышающее mailto:Oreshko_Alex@mail.ru дебаевскую длину экранирования, происходит фор- мирование доменов в приэлектродной области [5]. Осциллограммы СВЧ-излучения ( )63 см≤≤ λ и напряжения даны на рис.3. Рис.3. Осциллограммы СВЧ излучения и напряже- ния в начальный отрезок времени Сильное поле на домене, превышающее предельное значение для ударной ионизации, приводит к появ- лению микропучков заряженных частиц, которые способствуют прохождению токоплазменной обо- лочки в межэлектродном зазоре [6]. В отрезки вре- мени, соответствующие перемене полярности, на ос- циллограмме напряжения имеются всплески сигнала типа дельта – функции. Величина всплеска состав- ляет 1 кВ. Оценки показывают, что напряженность электрического поля в области домена составляет 105 В/см. Полученные с помощью электронно-опти- ческой камеры ФЭР-7 эопограммы свечения для раз- ряда даны на рис.4. Изображения даны для двух экспериментальных серий, выполненных в Рис.4. Эопограммы свечения из области разряда для трех положений щели (Щ). Развертка 7,5 мкс/cм разное время при несколько отличающемся расстоя- нии между электродами. Нечеткость изображения токоплазменной оболочки на рис.4 (в) связана с её движением как в горизонтальной, так и в вертикаль- ной плоскостях. Следует отметить, что инициирова- ние пробоя никогда не начиналось по поверхности диэлектрика, а всегда происходило около ее. С помощью электронно-оптического преобразо- вателя с максимумом чувствительности в сине-зеле- ной части спектра экспериментально обнаружена ге- нерация сферического образования типа “шаровая молния”. Его изображение для четырех отрезков времени дано на рис.5. Распределение интенсивно- сти показывает, что генерируемое образование со- стоит из более ярко светящейся наружной Рис.5. Эопограммы свечения в околоэлектродной области для четырех последовательных отрезков времени. Экспозиция в каждом кадре - 30 нс (ионной) и менее яркой - внутренней (электронной) оболочек (рис.6). Между оболочками также имеется сильное поле, как и между слоями домена. Образо- вания появляются из-за термализации инжектируе- мых в околоэлектродное пространство микропучков быстрых электронов. При торможении быстрых электронов в воздухе происхо- дит передача энергии среде. При некотором значении энер- гии электрона сечение иониза- ции имеет экстремальный ха- рактер. Быстрые электроны ге- нериру - Рис.6. ются в обла- сти приэлектродногодомена и ускоряются перпендикулярно оси разряда с помощью генери- руемых при разделении по- перечных электромагнитных волн [5,6]. Энергия быстрых электронов значитель- но превышает энергию, соответствующую значению приложенного напряжения. Сильное поле в области сферического образования, превышающее предель- ное значение для появления ударной ионизации, в свою оче- редь приводит еще к одной генерации пото- ка быстрых частиц, c помощью которого в верхней части форми- руется менее светящее- ся образование чашеоб- разной формы. В неко- торых запусках процесс генерации верхнего об- разования имел ветвя- щийся характер (рис.7). Таким образом, домен- ный механизм ускоре- ния заряженных частиц в открытом разряде ре- ализуется в две ступе- ни. Получены Рис.7. также изображения при- электродного домена, инжектирующего быстрые электроны (см. рис.5,а). Известен ряд реально рабо- тающих механизмов ускорения заряженных частиц в плазме [7,8]. Сильные поля и волны, способные ускорять частицы, появляются также при разделе- нии зарядов [5]. 4. ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ- НЫХ ДАННЫХ Генерация быстрых электронов в разряде проис- ходит следующим образом. В начальный момент времени высокие значения скорости изменения при- ложенного к промежутку напряжения dtdU ap и, соответственно - напряженности электрического поля, приводят в приэлектродной области к смеще- нию группы частиц одного сорта относительно группа частиц другого сорта. Неравенство потоков направленного дрейфа электронов и ионов в элемен- те объема приводит к появлению в области разделе- ния зарядов индуцируемого сильного электрическо- го поля [5] })((4 iiee ind nEnEe dt Ed µµ ε π −=  . (1) Системе кулоновски взаимодействующих частиц энергетически выгодно иметь сильное поле в узкой приэлектродной области и слабое в остальной части, чем поле с некоторым значением напряженности в межэлектродном зазоре. При смещении группы ча- стиц на расстояние, превышающее Dλ , появляется электрический домен. Характерное время разделе- ния зарядов определяется максвелловским временем релаксации пространственного заряда. Оно пропор- ционально величине, обратной ленгмюровской или уточненной частоте волн пространственного заряда [6], учитывающей конечную проводимость плазмы i d pe pewsc π σ ω ωω 12 2 −= , (2) в которой: −peω ленгмюровская частота; dσ - дифференциальная проводимость. Высокие значе- ния “тока смещения” при разделении зарядов приво- дят к генерации поперечной электромагнитной вол- ны. Дисперсионное уравнение для таких волн дается в виде[6] 22 222 12         −+= ick d pe peshf π σ ω ωω , (3) в котором: k – волновой вектор; с – скорость света. В результате непрерывного взаимодействия волн с частицами последние набирают энергию, которая значительно превышает значение, соответствующее приложенному напряжению. Уравнение движения для ускоряемых с помощью электромагнитных волн заряженных частиц имеет вид [9]     × += c Bu Eq dt umd z y  α α αα )( , (4) в котором : )( 0 )( 0 ; kzi z kyi y eBBeEE ++ == ωω  . Основной результат данной работы заключается в экспериментальном доказательстве ранее теорети- чески обоснованного автором доменного механизма ускорения заряженных частиц в плазме. Отметим, что высокая концентрация среды не позволила за- регистрировать быстрые ионы из-за малости их про- бега в воздухе. ЛИТЕРАТУРА 1. С.Е. Емелин, В.С. Семенов, В.Л. Бычков, Н.К. Белишева, А.П. Ковшик //Журнал техниче- ской физи- ки. 1997. т.67, N3, с.19-28. 2. В.А. Скворцов, Н.И. Фогель // Электромагнит- ные волны и электронные системы. 2002. т.7, N7, с.63-74. 3. А.Г. Орешко // Тезисы докладов XXX Звениго- родской конференции по физике плазмы и УТС. Москва. 2003, c.164. 4. А.Г. Орешко // Физика плазмы. 1991. т.17, N6, с.679-685. 5. А.Г. Орешко // Доклады Академии Наук. 2001, т.376, N2, с.183-185. 6. А.Г. Орешко // XI Конференция по физике газо- вого разряда. Тезисы докладов. Рязань, 2002, Часть 1, с.50-51. 7. Ya.B. Fainberg //Plasma Physics Reports. 1994, vol.20, p.549. 8. V.I. Karas’, V.A. Balakirev, Ya.B. Fainberg, G.V. Sotnikov, I.V. Karas’, V.D. Levchenko // Problems of Atomic Science and Technology. Issue : Plasma Electronics and New Acceleration Meth- ods. 2000, vol.1 (2), p. 122-125. 9. Н.Кролл, А.Трайвелпис. Основы физики плаз- мы. М.: Мир, 1975, с.528. Рис.2. Осциллограммы: приложенного напряжения

Генерация аномальных образований при термализации быстрых электронов

Institution

Ähnliche Einträge