Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте
В данной работе были исследованы условия стратификации положительного столба тлеющего разряда постоянного тока в азоте в трубках диаметром 8 мм и 55 мм. Показано, что в каждой разрядной трубке страты наблюдаются в замкнутых областях по току и приложенному напряжению в ограниченном диапазоне давлений...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76895 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте / В.А. Лисовский, Е.П. Артюшенко, В.А. Коваль // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 202–212. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859830967870423040 |
|---|---|
| author | Лисовский, В.А. Артюшенко, Е.П. Коваль, В.А. |
| author_facet | Лисовский, В.А. Артюшенко, Е.П. Коваль, В.А. |
| citation_txt | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте / В.А. Лисовский, Е.П. Артюшенко, В.А. Коваль // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 202–212. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | В данной работе были исследованы условия стратификации положительного столба тлеющего разряда постоянного тока в азоте в трубках диаметром 8 мм и 55 мм. Показано, что в каждой разрядной трубке страты наблюдаются в замкнутых областях по току и приложенному напряжению в ограниченном диапазоне давлений газа. Получено, что первая (с катодного конца положительного столба) страта ярче выражена и имеет наибольшую длину. Толщина страт слабо зависит от разрядного тока, но уменьшается с ростом давления газа. Также страты с большим порядковым номером (от катодного края положительного столба) имеют меньшую толщину. Показано, что стратификация положительного столба хорошо подчиняется законам подобия. Наблюдается совпадение кривых погасания и областей существования страт, измеренных в различных разрядных трубках и построенных в зависимости от произведения давления газа и радиуса трубки pR. Приведенные толщины страт d/R (отношение толщины страт d к радиусу трубки R) в различных трубках также хорошо согласуются друг с другом при построении их в зависимости от pR. Показано, что приведенные толщины страт подчиняются закону Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m. При низких значениях pR ≤ 1 константы C = 1,17, m = 0,17, а толщина страт медленно уменьшается с ростом давления газа. При более высоких pR увеличение давления газа приводит к резкому сужению и расплыванию страт, а константы становятся
равными C = 1 и m = 1,7.
У цій роботі були досліджені умови стратифікації позитивного стовпа тліючого розряду постійного струму у нітрогені у трубках діаметром 8 мм та 55 мм. Показано, що в кожній розрядній трубці страти спостерігаються в замкнутих областях по струму і прикладеній напрузі в обмеженому діапазоні тиску газу. Отримано, що перша (з катодного кінця позитивного стовпа) страта яскравіше виражена і має найбільшу довжину. Товщина страт слабко залежить від розрядного струму, але зменшується з ростом тиску газу. Також страти з великим порядковим номером (від катодного краю позитивного стовпа) мають меншу товщину. Показано, що стратифікація позитивного стовпа добре підкоряється законам подібності. Спостерігається збіг кривих згасання і областей існування страт, виміряних у різних розрядних трубках і побудованих в залежності від добутку тиску газу і радіуса трубки pR. Наведені товщини страт d/R (відношення товщини страт d до радіусу трубки R) у різних трубках також добре узгоджуються між собою при побудові їх залежно від pR. Показано, що наведені товщини страт змінюються у відповідності із законом Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m. При низьких значеннях pR ≤ 1 константи C = 1,17, m = 0,17, а товщина страт повільно зменшується зі збільшенням тиску газу. При більш високих pR збільшення тиску газу призводить до різкого звуження і розпливання страт, а константи стають рівними C = 1 і m = 1,7.
In this paper we have investigated the conditions of stratification of the positive column of dc glow discharge in nitrogen in the tubes with a diameter of 8 mm and 55 mm. It is shown that in every discharge tube the strata are observed in the confined areas of the current and the applied voltage over a limited range of gas pressures. It was found that the first (from the cathode end of the positive column) striation is more pronounced and has a maximum length. The thickness of the striation depends weakly on the discharge current, but it decreases with increasing gas pressure. Also, the striation with high order number (from the cathode edge of the positive column) has a smaller thickness. It is shown that the stratification of the positive column obeys the similarity laws. There is observed a coincidence of the extinction curves and the regions of existence of strata measured in a variety of discharge tubes and plotted against the product of gas pressure and tube radius pR. Reduced strata thickness d/R (ratio of the thickness of the striation d to the tube radius R) in various tubes is also in good agreement between themselves when plotted against pR. It is shown that reduced strata thickness obeys the Goldstein-Wehner rule d/R = C/(pR)m. At low values pR ≤ 1 the constants equal to C = 1.17, m = 0.17, and the thickness of the stratum slowly decreases with gas pressure increasing. At higher gas pressure pR increase leads to an abrupt strata narrowing and spreading, and the constants become C = 1 and m = 1.7.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:32:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
202
УДК 533. 915
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ
СТРАТИФИКАЦИИ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В АЗОТЕ
В.А. Лисовский 1,2, Е.П. Артюшенко1, В.А. Коваль1,2
1Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина
Украина
2Научный физико-технологический центр МОН и НАН Украины (Харьков)
Украина
Поступила в редакцию 15.09.2011
В данной работе были исследованы условия стратификации положительного столба тлеющего
разряда постоянного тока в азоте в трубках диаметром 8 мм и 55 мм. Показано, что в каждой
разрядной трубке страты наблюдаются в замкнутых областях по току и приложенному напря-
жению в ограниченном диапазоне давлений газа. Получено, что первая (с катодного конца по-
ложительного столба) страта ярче выражена и имеет наибольшую длину. Толщина страт слабо
зависит от разрядного тока, но уменьшается с ростом давления газа. Также страты с большим
порядковым номером (от катодного края положительного столба) имеют меньшую толщину.
Показано, что стратификация положительного столба хорошо подчиняется законам подобия.
Наблюдается совпадение кривых погасания и областей существования страт, измеренных в
различных разрядных трубках и построенных в зависимости от произведения давления газа и
радиуса трубки pR. Приведенные толщины страт d/R (отношение толщины страт d к радиусу
трубки R) в различных трубках также хорошо согласуются друг с другом при построении их в
зависимости от pR. Показано, что приведенные толщины страт подчиняются закону Гольд-
штейна-Венера d/R = C/(pR)m. При низких значениях pR ≤ 1 константы C = 1,17, m = 0,17, а
толщина страт медленно уменьшается с ростом давления газа. При более высоких pR увели-
чение давления газа приводит к резкому сужению и расплыванию страт, а константы становятся
равными C = 1 и m = 1,7.
Ключевые слова: тлеющий разряд постоянного тока, положительный столб, страты, азот,
низкое давление.
У цій роботі були досліджені умови стратифікації позитивного стовпа тліючого розряду по-
стійного струму у нітрогені у трубках діаметром 8 мм та 55 мм. Показано, що в кожній розрядній
трубці страти спостерігаються в замкнутих областях по струму і прикладеній напрузі в об-
меженому діапазоні тиску газу. Отримано, що перша (з катодного кінця позитивного стовпа)
страта яскравіше виражена і має найбільшу довжину. Товщина страт слабко залежить від роз-
рядного струму, але зменшується з ростом тиску газу. Також страти з великим порядковим но-
мером (від катодного краю позитивного стовпа) мають меншу товщину. Показано, що страти-
фікація позитивного стовпа добре підкоряється законам подібності. Спостерігається збіг кривих
згасання і областей існування страт, виміряних у різних розрядних трубках і побудованих в
залежності від добутку тиску газу і радіуса трубки pR. Наведені товщини страт d/R (відношення
товщини страт d до радіусу трубки R) у різних трубках також добре узгоджуються між собою
при побудові їх залежно від pR. Показано, що наведені товщини страт змінюються у
відповідності із законом Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m. При низьких значеннях pR ≤ 1
константи C = 1,17, m = 0,17, а товщина страт повільно зменшується зі збільшенням тиску га-
зу. При більш високих pR збільшення тиску газу призводить до різкого звуження і розпливання
страт, а константи стають рівними C = 1 і m = 1,7.
Ключові слова: тліючий розряд постійного струму, позитивний стовп, страти, азот, низький
тиск.
In this paper we have investigated the conditions of stratification of the positive column of dc glow
discharge in nitrogen in the tubes with a diameter of 8 mm and 55 mm. It is shown that in every
discharge tube the strata are observed in the confined areas of the current and the applied voltage
over a limited range of gas pressures. It was found that the first (from the cathode end of the positive
column) striation is more pronounced and has a maximum length. The thickness of the striation
depends weakly on the discharge current, but it decreases with increasing gas pressure. Also, the
striation with high order number (from the cathode edge of the positive column) has a smaller thickness.
В.А. Лисовский, Е.П. Артюшенко, В.А. Коваль, 2011
203ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
ВВЕДЕНИЕ
Тлеющий разряд постоянного тока широко
используется в таких приборах тлеющего раз-
ряда, как газоразрядные стабилизаторы на-
пряжения (стабилитроны), выпрямители с
тлеющим разрядом [1], а также газоразряд-
ные лазеры (гелий-неоновые, углекислотные
с добавкой азота и т.д.) [1]. Стратификация
положительного столба снижает эффектив-
ность работы газоразрядного лазера, поэтому
исследование условий существования и ха-
рактеристик страт представляют значитель-
ный интерес [2 – 6].
Однородно светящийся положительный
столб при определенных разрядных условиях
расслаивается на чередующиеся темные и
светлые области (слои), так называемые стра-
ты. В молекулярных газах они видны, как
правило, на значительном участке положите-
льного столба, тогда как в инертных они силь-
но затухают, и их наблюдение затруднено.
Стоячие страты видны невооруженным глазом
и легче всего наблюдаются в молекулярных
газах, таких как водород, азот, а также в смесях
инертных и молекулярных газов [4, 5]. В чис-
тых инертных газах неподвижные страты могут
существовать по анодную сторону от какого-
либо значительного нарушения однородности
плазмы, например катодной части разряда,
зонда с большим отрицательным потенциалом,
резкого сужения трубки, однако наблюдается
их сильное затухание по длине столба. Бегу-
щие страты глазом не видны из-за большой
скорости их распространения. В чистых инерт-
ных газах их фазовая скорость направлена, как
правило, от анода к катоду (положительные
страты) со скоростями от десятков до несколь-
ких тысяч метров в секунду в зависимости от
сорта газа и разрядных условий. Частоты страт
могут изменяться от единиц до тысяч кГц.
Экспериментальное изучение и описание
стоячих страт началось гораздо раньше, чем
бегущих, поскольку для их наблюдения не
требуется специальных стробоскопических
устройств. Однако в обзорных работах Недо-
спасова [7] и Пекарека [8] стоячим стратам
уделено лишь небольшое внимание. В то же
время, в молекулярных газах – таких, как во-
дород, азот, воздух и др., – а также в смесях
инертных газов с молекулярными стоячие
страты наблюдаются в широком диапазоне
разрядных токов и давлений газа и наиболее
ярко выражены.
Обзор статей, посвященных исследованию
стоячих и бегущих страт, можно найти в рабо-
тах [4, 5, 7 – 9]. С практической точки зрения
наиболее важно выяснить условия, при кото-
рых однородный положительный столб ста-
новится стратифицированным. Авторы ра-
боты [6] представили диаграмму различных
состояний плазмы разряда в неоне, на кото-
рой показаны области существования одно-
родного и стратифицированного разрядов. В
работах [10, 11] исследованы бегущие страты
в азоте. Обычно в положительном столбе тле-
ющего разряда в азоте наблюдаются стоячие
страты, поэтому для создания бегущих страт
авторы [10, 11] вводили в положительный
столб дополнительный электрод, на который
подавалось слабое переменное напряжение
в килогерцовом диапазоне. Было получено,
что такое возмущение положительного стол-
ба приводит к появлению нескольких видов
бегущих страт, движущихся от места возму-
щения к катоду или аноду с различными фа-
зовой и групповой скоростями. Авторы [10,
11] определили области существования каж-
дого вида страт, их фазовые и групповые ско-
рости, дисперсионные кривые (зависимости
частоты ионизационных колебаний от волно-
It is shown that the stratification of the positive column obeys the similarity laws. There is observed
a coincidence of the extinction curves and the regions of existence of strata measured in a variety of
discharge tubes and plotted against the product of gas pressure and tube radius pR. Reduced strata
thickness d/R (ratio of the thickness of the striation d to the tube radius R) in various tubes is also in
good agreement between themselves when plotted against pR. It is shown that reduced strata thickness
obeys the Goldstein-Wehner rule d/R = C/(pR)m. At low values pR ≤ 1 the constants equal to C = 1.17,
m = 0.17, and the thickness of the stratum slowly decreases with gas pressure increasing. At higher
gas pressure pR increase leads to an abrupt strata narrowing and spreading, and the constants become
C = 1 and m = 1.7.
Keywords: direct current glow discharge, positive column, strata, nitrogen, low pressure.
В.А. ЛИСОВСКИЙ, Е.П. АРТЮШЕНКО, В.А. КОВАЛЬ
204
вого вектора k) и падение напряжения на
каждом из видов страт в зависимости от раз-
рядного тока при различных давлениях азота.
Клярфельд [12] занимался главным обра-
зом неподвижными ионизационными вол-
нами. В некоторых смесях, например в смеси
неона с водородом, Клярфельду удалось по-
лучить слабо затухающие (в сторону анода)
неподвижные волны, которые можно было
уничтожать (по анодную сторону) приложе-
нием отрицательного напряжения на зонд
или внешним магнитным полем. Тем же пут-
ем удавалось в некоторых случаях привести
неподвижные волны в движение или же ос-
тановить движущиеся волны. Клярфельд за-
ключил из этих экспериментов, что нет прин-
ципиальной разницы между неподвижными
и подвижными стратами – они являются пе-
риодическим повторением местного возму-
щения в плазме в сторону дрейфа электронов,
причем он считал их явлением с большой ам-
плитудой. Зайцев [13] исследовал подвижные
ионизационные волны и вызывал их извне
либо с помощью вспомогательного внутрен-
него электрода, либо модуляцией разрядного
тока переменным напряжением с частотой,
близкой к частоте волн. В режиме без само-
возбуждения он вызывал искусственно иони-
зационные волны разной частоты, и, измеряя
с помощью вращающегося зеркала или стро-
боскопа их скорость, он тем самым произвел
первые измерения дисперсии ионизацион-
ных волн.
В работе [14] экспериментально иссле-
довано формирование движущихся страт в
неоне. Получено, что страты формировались
из маленьких анодных пятен, которые обыч-
но осциллировали с возрастающей амплиту-
дой, увеличиваясь в размерах, и затем отрыва-
лись от поверхности анода. Эти страты с бо-
льшой скоростью убегали к катодному краю
положительного столба и затем исчезали. Ав-
тор [15] предложил уточненный метод, с по-
мощью которого определил величины крити-
ческого тока (ограничивающего область
существования страт) в аргоне и ксеноне.
В разрядных трубках диаметром от 1 до
3 мм в гелии, неоне и их смесях эксперимен-
тально исследованы критический ток возбуж-
дения ионизационных волн, закон дисперсии,
скорость, волновая форма и их зависимости
от температуры газа [16]. Показано, что при
уменьшении диаметра трубки волновое число
и циклическая частота увеличиваются.
Авторы работы [17] выполнили простран-
ственно-временные зондовые измерения па-
раметров плазмы в S- и P-стратах в неоне.
Получена двумерная пространственная стру-
ктура электрического поля в стратах. В работе
[18] была предложена нелинейная модель,
описывающая моды ионизационных волн в
плазме. С помощью этой модели получен гис-
терезисный переход между различными мо-
дами при изменении разрядного тока. S-, P-
и R-страты, которые могут наблюдаться в раз-
ряде постоянного тока в инертных газах при
низких давлениях и малых разрядных токах,
изучены в работе [19]. С помощью числен-
ного решения кинетического уравнения Боль-
цмана выяснены механизмы резонансного
формирования функции распределения элек-
тронов по энергиям в S-, P- и R-стратах. Вы-
полнены также зондовые измерения функций
распределения электронов по энергиям в R-
стратах в положительном столбе в неоне, ре-
зультаты которых хорошо согласуются с тео-
ретическими предсказаниями.
Авторы работы [20] сообщают, что слоис-
тый: положительный столб в молекулярных
газах при некоторых условиях приобретает
макроскопическую неустойчивость. Эта не-
устойчивость проявляется либо в медленном
спонтанном перемещении слоистого поло-
жительного столба в сторону анода со ско-
ростью порядка 1 см/мин, либо в медленных
продольных колебаниях столба как целого.
Области существования стоячих страт, как и
бегущих, имеют сложную форму. Для водо-
рода и кислорода они приведены, например,
в работе [8], а для азота получены в [21].
Сравнение областей существования стоячих
и бегущих страт показывает, что стоячие стра-
ты наблюдаются, как правило, при более низ-
ких давлениях и токах, чем бегущие.
В инертных газах систематические иссле-
дования областей существования стоячих
страт практически отсутствуют, за исключе-
нием работы [22], где приводятся некоторые
данные для неона (рис. 1). Из рис. 1 видно,
что стоячие страты в неоне существуют, в ос-
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ СТРАТИФИКАЦИИ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В АЗОТЕ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
205ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
новном, внутри той области, где нет бегущих
страт (при токах 1 – 10 мА и давлениях 0,1 –
1 Торр). В работах [23, 24] затухающие непо-
движные страты наблюдались в гелии, нео-
не и аргоне при давлениях до 10–2 Торр и
токах до 100 мА.
Очевидно, что с точки зрения выяснения
природы стоячих страт интересен вопрос о
возможных значениях их длины d в зависи-
мости от разрядных условий. Зависимость d
от давления и тока в молекулярных газах ис-
следована во многих работах. Обобщая дан-
ные, можно сделать вывод, что: а) длина стоя-
чих страт имеет порядок радиуса R трубки и
убывает с ростом тока, стремясь к некоторому
постоянному значению [4, 21]; б) длина стоя-
чих страт d убывает при увеличении давле-
ния p и уменьшении радиуса R в соответствии
с эмпирическим законом [4, 25]
( ) constmd pR
R
⋅ = ,
где m < 1 и зависит от рода газа.
В инертных газах стоячие страты обычно
значительно длиннее, чем в молекулярных,
их длина превосходит диаметр в несколько
раз, в особенности при низких давлениях.
Добавление к инертному газу молекуляр-
ной примеси укорачивает стоячие страты тем
сильнее, чем выше содержание примеси [26].
В большинстве газов длина стоячих страт не-
сколько меньше, чем бегущих.
Многие исследователи [12, 23, 24, 27] от-
мечают, что ближайшая к катоду страта не-
сколько отличается от всех последующих, яв-
ляясь не только более резкой, но и наиболее
длинной. Ясно, что слоистая структура поло-
жительного столба, обнаруживаемая по его
неоднородному свечению визуально или с
помощью фотоумножителей, должна нахо-
дить отражение в неоднородности парамет-
ров столба, таких как потенциал, поле, кон-
центрация и температура электронов.
Несмотря на большое количество статей,
посвященных исследованию подвижных и
стоячих страт в разряде постоянного тока, в
литературе отсутствуют данные о связи об-
ласти существования страт с областями появ-
ления и существования самого разряда (его
кривыми зажигания и погасания, соответст-
венно). Также в литературе нет единого мне-
ния о форме страт. Например, в работах [5,
27] первая страта (расположенная с катодного
края положительного столба) имеет более
яркое свечение, но ее длина примерно равна
длине последующих страт (расположенных
ближе к аноду). Однако, как говорилось вы-
ше, в работах других исследователей [12, 23,
24] наблюдалось, что ближайшая к катоду
первая страта является наиболее длинной.
Также в литературе нет подробной информа-
ции о поведении каждой отдельной страты с
изменением давления газа и разрядного тока.
Поэтому целью данной работы было исследо-
вание зажигания и погасания разряда посто-
янного тока в азоте, области существования
стоячих страт, а также длины отдельных страт
с изменением давления газа и тока.
УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Для исследования условий существования и
характеристик страт в положительном столбе
тлеющего разряда постоянного тока исполь-
зовались две разрядные камеры, схемы кото-
рых показаны на рис. 1. В первом случае
(рис. 1а) кварцевая разрядная трубка имела
Т-образную форму. Разряд зажигался в гори-
а)
б)
Рис. 1. Схема экспериментальной установки. а) – схема
камеры с радиусом электродов 55 мм; б) – схема ка-
меры с радиусом электродов 8 мм.
В.А. ЛИСОВСКИЙ, Е.П. АРТЮШЕНКО, В.А. КОВАЛЬ
206
зонтальной части “Т”, на концах которой рас-
полагались катод и анод. Откачка и напуск
газа производились через фланец, находя-
щийся в основании вертикальной части “Т”.
Этот фланец не был заземлен, и на него не
подавались какие-либо напряжения. Вну-
тренний диаметр разрядной трубки был
56 мм. Диаметр катода и анода был равен
55 мм. Расстояние между электродами было
395 мм. Азот подавался в камеру с помощью
системы напуска газа СНА-1. Для регистра-
ции давления газа в диапазоне от 10–3 Торр
до атмосферного мы использовали вакуум-
ный термоэлектрический датчик 13ВТ3-003.
Откачка газа производилась с помощью фор-
вакуумного насоса, что обеспечивало преде-
льный вакуум порядка 10−3 Торр. Источник
постоянного напряжения подключался к
аноду, а катод был заземлен. Величина раз-
рядного тока регистрировалась цифровым
амперметром, а напряжение на разряде –
цифровым вольтметром. В разрядную цепь
подключалось внешнее сопротивление вели-
чиной 50 кОм, которое ограничивало ток и
препятствовало возникновению катодных
пятен. Эксперименты проводились при дав-
лениях азота p = 0,02 – 10 Торр в диапазоне
постоянного напряжения Udc ≤ 3000 В.
Во втором случае (рис. 1б) кварцевая
трубка имела внутренний диаметр 8 мм. Экс-
перименты проводились в геометрически по-
добных разрядных трубках. Так как диаметр
второй трубки был в 7 раз меньше диаметра
первой, то расстояние между электродами во
второй трубке было равно 57,5 мм. В этом
случае исследования проводились в диапа-
зоне давлений азота p = 0,1 − 10 Торр.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ
СТРАТИФИКАЦИЯ ТЛЕЮЩЕГО
РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В
ТРУБКЕ ДИАМЕТРОМ 55 ММ
Первая часть экспериментов была проведена
в Т-образной трубке, показанной на рис. 1а,
в которой разряд зажигался в прямом (гори-
зонтальном) участке “Т”. Целью данных ис-
следований было выяснение условий сущест-
вования стоячих страт, а также их длины при
различных токах и давлениях азота.
На рис. 2 показана кривая погасания раз-
ряда Uext (зависимость наименьшего напря-
жения горения разряда от давления газа), ко-
торая снизу ограничивает диапазон существо-
вания стоячих страт в тлеющем разряде в азо-
те. Страты наблюдались в диапазоне давле-
ний, ограниченном на рис. 2 вертикальными
пунктирными линиями. Напряжение Uhigh яв-
ляется максимальным напряжением, при ко-
тором страты исчезают. На растущем с давле-
нием газа участке кривой Uhigh суммарная дли-
на катодного слоя, отрицательного свечения
и темного фарадеевого пространства достига-
ла расстояния между электродами, а положи-
тельный столб исчезал. Вместе с ним исче-
зали и страты, которые могут наблюдаться
только в положительном столбе.
На рис. 3 представлены фотографии раз-
ряда со стратифицированным положитель-
ным столбом для различных токов. Из рис. 3
следует, что при небольших токах хорошо
видны только 2 – 3 первых страты, находя-
щихся с катодного конца положительного
столба. Остальная часть столба визуально вы-
глядит однородной. Однако при повышении
тока практически весь положительный столб
становится слоистым, страты хорошо видны,
Рис. 2. Зависимость напряжения Uext и тока погасания
Iext разряда, а также максимальных напряжения Uhigh
и тока Ihigh существования страт от давления азота в
трубке диаметром 55 мм.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ СТРАТИФИКАЦИИ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В АЗОТЕ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
207ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
а длина столба уменьшается. И при некото-
рых максимальных значениях напряжения
Uhigh и тока Ihigh положительный столб вмес-
те со стратами полностью исчезают.
На падающем участке кривой Uhigh положи-
тельный столб с ростом тока не исчезал, но
страты расплывались и столб становился од-
нородным. При давлениях азота выше 1 Торр
страты не наблюдались во всем исследован-
ном в настоящей работе диапазоне разрядных
токов.
На рис. 4 показана фотография разряда при
давлении азота р = 1 Торр с однородным по-
ложительным столбом.
Из фотографий на рис. 3 видно, что тол-
щина страт не остается постоянной при фик-
сированном давлении газа, а изменяется с
ростом разрядного тока.
На рис. 5 показаны зависимости толщины
первой (с катодного конца положительного
столба) страты от величины разрядного тока
при различных давлениях азота.
Из рис. 5 видно, что толщина первой стра-
ты с ростом разрядного тока ведет себя немо-
нотонно, оставаясь почти постоянной. Увели-
чение давления приводит к уменьшению тол-
щины первой страты.
Из фотографий на рис. 3 также следует,
что страты в положительном столбе не явля-
ются равноценными, так как первая с катод-
ного конца столба страта является более тол-
стой и яркой, чем последующие. Авторы ра-
бот [12, 23, 24, 27] также наблюдали, что
первая страта является наиболее длинной.
На рис. 6 показаны зависимости толщины
страт от их порядкового номера (от катодного
края столба), измеренных для трех различных
разрядных условий.
а)
б)
в)
г)
Рис. 3. Фотографии разряда при давлении азота р =
0,2 Торр и разрядных токах: а) – 0,7 мА; б) – 1,7 мА;
в) – 9 мА; г) – 29,3 мА. Анод располагается слева, ка-
тод – справа.
Рис. 4. Фотография разряда при давлении азота р = 1
Торр и разрядном токе 46 мА. Анод располагается сле-
ва, катод – справа.
Рис. 5. Зависимость толщины первой страты от раз-
рядного тока при различных давлениях азота. Диаметр
трубки 55 мм.
Рис. 6. Зависимость толщины страты от ее порядко-
вого номера. Диаметр трубки 55 мм.
В.А. ЛИСОВСКИЙ, Е.П. АРТЮШЕНКО, В.А. КОВАЛЬ
208
Из рис. 6 видно, что чем дальше страта от-
стоит от катодного края положительного
столба, тем более узкой она является.
Как следует из рис. 5, толщина страт с рос-
том разрядного тока изменяется в не очень
широких пределах. Поэтому в данной работе
значения толщин страт были усреднены для
каждого фиксированного давления газа.
На рис. 7 показаны полученные таким
образом средние толщины первых трех страт
от давления азота. Из рисунка видно, что при
p < 0,4 Торр средняя толщина первой страты
монотонно уменьшается с давлением, а при
более высоких давлениях p > 0,4 Торр она
сужается гораздо быстрее. Вторая и третья
страты выражены менее ярко, чем первая, и
их средние толщины ведут себя немонотонно,
что может быть связано с большой ошибкой
измерения их толщины.
СТРАТИФИКАЦИЯ ТЛЕЮЩЕГО
РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В
ТРУБКЕ ДИАМЕТРОМ 8 ММ
Во второй серии экспериментов стратифика-
ция положительного столба исследовалась в
разрядной трубке диаметром 8 мм, показан-
ной на рис. 1б. В этом случае разряд горит
при более высоких давлениях, чем в рассмот-
ренной выше трубке диаметром 55 мм. По-
этому свечение положительного столба было
более ярким, что облегчало наблюдение
страт.
На рис. 8 показаны кривая погасания Uext
разряда, а также минимальное Ulow и макси-
мальное Uhigh напряжения существования
страт. В отличие от трубки диаметром 55 мм,
в узкой трубке при низких давлениях газа
страты исчезали с понижением напряжения
на электродах еще до погасания разряда. По-
ложительный столб светился слабо, но визу-
ально выглядел однородным. Это явление
наблюдается в диапазоне давлений азота
p = 0,19 – 0,35 Topp и показано на рисунке как
минимальное напряжение Ulow. Кривая для
максимального Uhigh напряжения также имеет
возрастающий и убывающий участки, как и
для трубки диаметром 55 мм. Однако в узкой
8 мм трубке убывающий участок не был до
конца исследован, так как при больших дав-
лениях газа через трубку течет сильный раз-
рядный ток, приводящий к значительному
распылению катода и разогреву разрядной
камеры.
На рис. 9 представлены фотографии раз-
ряда в трубке диаметром 8 мм. Из этих фото-
графий видно, что страты в узкой трубке при
низких давлениях более ярко выражены, чем
в широкой трубке (это видно из сравнения
фотографий на рис. 3, 4 и 9). Однако с повы-
шением давления газа стратифицированный
положительный столб становится однород-
ным.
Рис. 7. Зависимость средней толщины первых трех
страт от давления азота. Диаметр трубки 55 мм.
Рис. 8. Зависимость напряжения погасания Uext раз-
ряда, минимального Ulow и максимального Uhigh напря-
жений существования страт в трубке диаметром 8 мм
от давления азота.
а)
б)
Рис. 9. Фотографии разряда для диаметра трубки 8 мм
при: а) – р = 1 Торр и токе 1,4 мА; б) – р = 3 Торр и то-
ке 2 мА. Анод располагается слева, катод – справа.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ СТРАТИФИКАЦИИ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В АЗОТЕ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
209ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
Из фотографии на рис. 9а также следует,
что первая с катодного конца положительного
столба страта имеет немного большую тол-
щину, чем последующие.
На рис. 10 показаны значения толщины
первой страты при различных токах и давле-
ниях газа.
Из рис. 10 видно, что изменение разряд-
ного тока практически не влияет на толщину
первой страты, но с ростом давления азота
толщина страт становится меньше.
На рис. 11 показаны зависимости средних
толщин первых трех страт от давления азота.
Из рис. 11 видно, что в исследованном диа-
пазоне давлений газа при p < 2,5 Торр сред-
няя толщина всех трех страт монотонно уме-
ньшается с давлением, причем скорости их
сужения с давлением примерно одинаковы.
ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОДОБИЯ
ДЛЯ СТРАТИФИКАЦИИ ТЛЕЮЩЕГО
РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Так как эксперименты проводились в геомет-
рически подобных трубках (диаметр и длина
первой трубки были примерно в 7 раз больше,
чем второй), то разрядные характеристики
должны подчиняться законам подобия. В дан-
ном разделе проверим, выполняются ли зако-
ны подобия при стратификации тлеющего
разряда.
Как видно из рис. 12, кривые погасания,
измеренные для обеих разрядных трубок и
построенные в масштабе Uext (pL), практичес-
ки наложились друг на друга. Это говорит о
применимости законов подобия для описания
погасания разряда. Практически совпадают
также максимальные напряжения Uhigh су-
ществования страт в обеих трубках. Как гово-
рилось выше, в узкой разрядной трубке убы-
вающий участок максимального напряжения
Uhigh по техническим причинам не был изме-
рен. Однако, зная поведение этого убываю-
щего участка в широкой трубке, можно пред-
сказать его ход для узкой трубки.
Чтобы сравнить поведение страт в трубках
с разными размерами, целесообразно исполь-
зовать безразмерные толщины страт. Для это-
го нужно разделить толщины страт на радиус
трубки R, в которой они были измерены.
На рис. 13 показаны такие “нормирован-
ные” на радиус трубки средние толщины трех
первых страт, измеренные в обеих трубках, в
Рис. 10. Зависимость толщины первой страты от раз-
рядного тока при различных давлениях азота. Диаметр
трубки 8 мм.
Рис. 11. Зависимость средней толщины первых трех
страт от давления азота. Диаметр трубки 8 мм.
Рис. 12. Зависимость напряжения погасания Uext раз-
ряда и максимального напряжения Uhigh существова-
ния страт в трубке диаметром 55 мм, а также напря-
жения погасания Uext разряда, наименьшего Ulow и мак-
симального напряжения Uhigh существования страт в
трубке диаметром 8 мм, от давления азота.
В.А. ЛИСОВСКИЙ, Е.П. АРТЮШЕНКО, В.А. КОВАЛЬ
210
зависимости от произведения давления газа
и радиуса трубки pR. Построенные в таком
масштабе толщины страт, измеренные в труб-
ках разного радиуса, хорошо согласуются
друг с другом.
На рис. 14 показаны зависимости приве-
денных средних толщин первых страт от про-
изведения pR для обеих разрядных трубок,
построенных в логарифмическом масштабе.
Из рисунка видно, что приведенные толщины
страт хорошо описываются зависимостью
( )m
d C
R pR
= , которая называется законом
Гольдштейна-Венера [4, 25]. Однако в
различных диапазонах pR значения констант
C и m различаются. В диапазоне низких
значений pR ≤ 1 толщина страт медленно уме-
ньшается с ростом давления газа и C = 1,17,
m = 0,17. При более высоких pR увеличение
давления газа приводит к резкому сужению
и расплыванию страт, при этом константы
становятся равными C = 1 и m = 1,7. В работе
[25] были приведены следующие значения
констант C = 2 и m = 0,32.
Законы подобия справедливы для трубок
с подобными размерами, к электродам кото-
рых приложены равные напряжения и через
которые текут одинаковые разрядные токи.
Поэтому на рис. 14 показаны зависимости
безразмерной средней толщины первой стра-
ты от тока для различных давлений газа в
обеих разрядных трубках.
Из рис. 14 следует, что в широком диа-
пазоне разрядных условий толщина первой
страты составляет от одного до двух радиусов
разрядной трубки.
ВЫВОДЫ
В данной работе были выяснены условия
стратификации положительного столба тлею-
щего разряда в трубках диаметром 8 мм и
55 мм. Страты наблюдаются в ограниченном
диапазоне давлений газа, в замкнутых об-
ластях по току и приложенному напряжению.
Показано, что первая (с катодного конца
положительного столба) страта имеет наибо-
льшую длину и лучше всего выражена. Уве-
личение разрядного тока слабо влияет на тол-
щину страт. Повышение давления газа при-
водит к уменьшению толщины страт. Чем бо-
льший порядковый номер страты (от катод-
ного края положительного столба), тем мень-
ше ее толщина.
Получено, что стратификация положи-
тельного столба хорошо подчиняется законам
подобия. Кривые погасания и области суще-
ствования страт, измеренные для обеих раз-
рядных трубок и построенные в масштабе Uext
(pL), практически совпадают. Приведенные
толщины страт d/R (отношение толщины
страт d к радиусу трубки R), измеренные в
различных трубках, хорошо согласуются друг
с другом при построении их в зависимости
от произведения давления газа и радиуса
трубки pR.
Показано, что приведенные толщины
страт хорошо описываются законом Гольд-
штейна-Венера d/R = C/(pR)m, при этом в диа-
пазоне низких значений pR ≤ 1 толщина страт
медленно уменьшается с ростом давления га-
за и C = 1,17, m = 0,17, а при более высоких
Рис. 13. Зависимость отношения средней толщины
первых трех страт к радиусу трубки от произведения
давления азота и радиуса трубки.
Рис. 14. Зависимость отношения средней толщины
первой страты к радиусу трубки от произведения дав-
ления азота и радиуса трубки.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ СТРАТИФИКАЦИИ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В АЗОТЕ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
211ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
pR константы становятся равными C = 1 и
m = 1,7, а увеличение давления газа приводит
к резкому сужению и расплыванию страт.
ЛИТЕРАТУРА
1. Electronics Radiophysics/Ed. Kaptsov N.A. –
M.: Moscow University Publishing, 1960. –
P. 470-471.
2. Raizer Y.P. Gas Discharge Physics. – Berlin:
Springer, 1991. – 450 p.
3. Granovsky V.L. Electric current in gases. – M.:
Nauka,1971. – 490 p.
4. Francis G. The glow discharge at low pressure.
(Gas discharge 2)/Ed. by Flugge S.//Encyclo-
pedia of Physic. – 1956. – Vol. 22. – P. 53-208.
5. Garscadden A. Ionization Waves in Glow Dis-
charges. (Electrical Discharges)/Ed. Hirsh M.N.
and Oskam H.J.//Gaseous Electronics. – 1978.
– Vol. 1. – P. 19-64.
6. Pfau S., Rutscher A., Wojaczek K. Das Дhnlich-
keitsgesetz fоr quasineutrale, anisotherme Entla-
dungssдulen//Beitrage Plasmaphys. – 1969. –
Vol. 9, Nо. 4. – P. 333-358.
7. Nedospasov A.V. Striations//Physics-Uspekhi. –
1968. – Vol. 94, No. 3. – P. 439-462.
8. Pekarek L. Ionization waves (striations) in the
discharge plasma//Physics-Uspekhi. – 1968. –
Vol. 94, No. 3. – С. 463-500.
9. Golubovsky Y.B., Kudryavtsev A.A., Nekucha-
ev V.O., Porokhova I.A., Tsendin L.D. Kinetics
of electrons in a nonequilibrium gas discharge
plasma. – SPb: St. Petersburg University Publi-
shing. – 2004. – 248 p.
10. Venzke D. Messungen an der geschichteten Nie-
derdruck-Entlandung in Stickstoff//Beitrage
Plasmaphys.– 1971.– Vol.11, Nо. 2.– P. 141-148.
11. Laska L., Exner V.L. Ionization Waves in Nitro-
gen//Czech. J. Phys. B – 1971. – Vol. 21, Nо. 2.
– P. 126-147.
12. Klyarfeld B.N. Formation of striations in a gas
discharge//Journal of Experimental and Theo-
retical Physics. – 1952. – Vol. 22, No. 1. –
P. 66-77.
13. Zaitsev А.А. Oscillatory modes and moving
layers in the discharge//Reports of USSR Aca-
demy of Sciences. – 1952. – Vol. 84, No. 1. –
P. 41-44.
14. Coulter J.R.M., Armstrong N.H.K., Emeleus K.G.
Moving Striations and Anode Spots in Neon//
Proc. Phys. Soc. – 1960. – Vol. 77, No. 2. –
P. 476-482.
15. Sato M. On the critical current of ionisation wa-
ves in gas discharges//J. Phys. D: Appl. Phys. –
1982. – Vol. 15, No. 7. – Р. 1181-1185.
16. Amemiya H. Characteristics of striations of He
and Ne plasmas in small-diameter discharge
tubes//J. Phys. D: Appl. Phys. – 1984. – Vol. 17,
No. 12. – P. 2387-2398.
17. Golubovskii Yu.B., Kozakov R.V., Wilke C.,
Behnke J. and Nekutchaev V.O. Oscillations of
the positive column plasma due to ionization wa-
ve propagation and two-dimensional structure
of striations//Plasma Sources Sci. Technol. –
2004. – Vol. 13, No. 1. – P. 135-142.
18. Dinklage A., Bruhn B., Testrich H., Wilke C.
Hysteresis of ionization waves//Physics of Plas-
mas. – 2008. – Vol.15, No. 6. – P. 063502.
19. Golubovskii Yu.B., Skoblo A.Yu., Wilke C., Ko-
zakov R.V. and Nekuchaev V.O. Peculiarities of
the resonant structure of the electron distribution
function in S-, P and R-striations//Plasma Sour-
ces Sci. Technol. – 2009. – Vol. 18, No. 4. –
P. 045022.
20. Kagan Y.M., Mitrofanov N.K. The energy spect-
rum of the electrons in a layered column of a
glow discharge in hydrogen//Technical Physics.
– 1971. – Vol. 41, No. 10. – P. 2065-2072.
21. Mierdel J.//In: Handbuch der Experimental
physik. – 1923. – Vol. Bd. 13. – Р. 313.
22. Ruzicka Т. The connection between moving and
standing striations in a d.c. glow discharge in
Ne//Czech. J. Phys. Ser. В. – 1968. – Vol. 18,
No. 7. – P. 928-936.
23. Twiddу N. D. Electron Energy Distributions in
Plasmas. III. The Cathode Regions in Helium,
Neon and Argon//Proc Roy. Soc. Ser. A. – 1961.
– Vol. 262, No. 1310. – P. 379-394.
24. Twiddу N.D. Electron Energy Distributions in
Plasmas. V.A Search for Evidence of a High
Anomalous Rate of Energy Exchange between
the Electrons of a Low-Pressure Discharge//Proc
Roy. Soc. Ser. A. – 1963. – Vol. 275, No. 1362.
– P. 338-356.
25. Wehner F. Schichtabstand und Schichtpotential-
differenz in der positiven Glimmentladung//An-
nalen der Physik. – 1910. – Vol. 337, Nо. 6. –
P. 49-85.
26. Zaitsev A.A., Miskinova N.A. On the moving
and stationary striations in Ne and Ne-H2//Ra-
diotekhnika i elektronika. – 1967. – Vol. 12,
No. 7. – P. 1318-1320.
27. Lee D.A., Garscadden A. Standing Striations as
Solutions of the Pekarek Equation//Phys. Fluids.
– 1972. – Vol. 15, No. 10. – P. 1826-1830.
LITERATURA
1. Electronics Radiophysics/Ed. Kaptsov N.A. –
M.: Moscow University Publishing, 1960. –
P. 470-471.
В.А. ЛИСОВСКИЙ, Е.П. АРТЮШЕНКО, В.А. КОВАЛЬ
212
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ СТРАТИФИКАЦИИ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В АЗОТЕ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
2. Raizer Y.P. Gas Discharge Physics. – Berlin:
Springer, 1991. – 450 p.
3. Granovsky V.L. Electric current in gases. – M.:
Nauka,1971. – 490 p.
4. Francis G. The glow discharge at low pressure.
(Gas discharge 2)/Ed. by Flugge S.//Encyclo-
pedia of Physic. – 1956. – Vol. 22. – P. 53-208.
5. Garscadden A. Ionization Waves in Glow Dis-
charges. (Electrical Discharges)/Ed. Hirsh M.N.
and Oskam H.J.//Gaseous Electronics. – 1978.
– Vol. 1. – P. 19-64.
6. Pfau S., Rutscher A., Wojaczek K. Das Dhnlich-
keitsgesetz fоr quasineutrale, anisotherme Entla-
dungssdulen//Beitrage Plasmaphys. – 1969. –
Vol. 9, No. 4. – P. 333-358.
7. Nedospasov A.V. Striations//Physics-Uspekhi. –
1968. – Vol. 94, No. 3. – P. 439-462.
8. Pekarek L. Ionization waves (striations) in the
discharge plasma//Physics-Uspekhi. – 1968. –
Vol. 94, No. 3. – S. 463-500.
9. Golubovsky Y.B., Kudryavtsev A.A., Nekucha-
ev V.O., Porokhova I.A., Tsendin L.D. Kinetics
of electrons in a nonequilibrium gas discharge
plasma. – SPb: St. Petersburg University Pub-
lishing. – 2004. – 248 p.
10. Venzke D. Messungen an der geschichteten Nie-
derdruck-Entlandung in Stickstoff//Beitrage
Plasmaphys.– 1971.– Vol.11, No. 2.– P. 141-148.
11. Laska L., Exner V.L. Ionization Waves in Nitro-
gen//Czech. J. Phys. B – 1971. – Vol. 21, No. 2.
– P. 126-147.
12. Klyarfeld B.N. Formation of striations in a gas
discharge//Journal of Experimental and Theo-
retical Physics. – 1952. – Vol. 22, No. 1. –
P. 66-77.
13. Zaitsev A.A. Oscillatory modes and moving
layers in the discharge//Reports of USSR Aca-
demy of Sciences. – 1952. – Vol. 84, No. 1. –
P. 41-44.
14. Coulter J.R.M., Armstrong N.H.K., Emeleus K.G.
Moving Striations and Anode Spots in Neon//
Proc. Phys. Soc. – 1960. – Vol. 77, No. 2. –
P. 476-482.
15. Sato M. On the critical current of ionisation wa-
ves in gas discharges//J. Phys. D: Appl. Phys. –
1982. – Vol. 15, No. 7. – R. 1181-1185.
16. Amemiya H. Characteristics of striations of He
and Ne plasmas in small-diameter discharge
tubes//J. Phys. D: Appl. Phys. – 1984. – Vol. 17,
No. 12. – P. 2387-2398.
17. Golubovskii Yu.B., Kozakov R.V., Wilke C.,
Behnke J. and Nekutchaev V.O. Oscillations of
the positive column plasma due to ionization wa-
ve propagation and two-dimensional structure of
striations//Plasma Sources Sci. Technol. – 2004.
– Vol. 13, No. 1. – P. 135-142.
18. Dinklage A., Bruhn B., Testrich H., Wilke C.
Hysteresis of ionization waves//Physics of Plas-
mas. – 2008. – Vol.15, No. 6. – P. 063502.
19. Golubovskii Yu.B., Skoblo A.Yu., Wilke C., Ko-
zakov R.V. and Nekuchaev V.O. Peculiarities of
the resonant structure of the electron distribution
function in S-, P and R-striations//Plasma Sour-
ces Sci. Technol. – 2009. – Vol. 18, No. 4. –
P. 045022.
20. Kagan Y.M., Mitrofanov N.K. The energy spec-
trum of the electrons in a layered column of a
glow discharge in hydrogen//Technical Physics.
– 1971. – Vol. 41, No. 10. – P. 2065-2072.
21. Mierdel J.//In: Handbuch der Experimental phy-
sik. – 1923. – Vol. Bd. 13. – R. 313.
22. Ruzicka T. The connection between moving and
standing striations in a d.c. glow discharge in
Ne//Czech. J. Phys. Ser. V. – 1968. – Vol. 18,
No. 7. – P. 928-936.
23. Twiddu N. D. Electron Energy Distributions in
Plasmas. III. The Cathode Regions in Helium,
Neon and Argon//Proc Roy. Soc. Ser. A. – 1961.
– Vol. 262, No. 1310. – P. 379-394.
24. Twiddu N.D. Electron Energy Distributions in
Plasmas. V.A Search for Evidence of a High Ano-
malous Rate of Energy Exchange between the
Electrons of a Low-Pressure Discharge//Proc
Roy. Soc. Ser. A. – 1963. – Vol. 275, No. 1362. –
P. 338-356.
25. Wehner F. Schichtabstand und Schichtpotential-
differenz in der positiven Glimmentladung//An-
nalen der Physik. – 1910. – Vol. 337, No. 6. –
P. 49-85.
26. Zaitsev A.A., Miskinova N.A. On the moving
and stationary striations in Ne and Ne-H2//Ra-
diotekhnika i elektronika. – 1967. – Vol. 12,
No. 7. – P. 1318-1320.
27. Lee D.A., Garscadden A. Standing Striations as
Solutions of the Pekarek Equation//Phys. Fluids.
– 1972. – Vol. 15, No. 10. – P. 1826-1830.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76895 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:32:07Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лисовский, В.А. Артюшенко, Е.П. Коваль, В.А. 2015-02-13T06:41:49Z 2015-02-13T06:41:49Z 2011 Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте / В.А. Лисовский, Е.П. Артюшенко, В.А. Коваль // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 202–212. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76895 533. 915 В данной работе были исследованы условия стратификации положительного столба тлеющего разряда постоянного тока в азоте в трубках диаметром 8 мм и 55 мм. Показано, что в каждой разрядной трубке страты наблюдаются в замкнутых областях по току и приложенному напряжению в ограниченном диапазоне давлений газа. Получено, что первая (с катодного конца положительного столба) страта ярче выражена и имеет наибольшую длину. Толщина страт слабо зависит от разрядного тока, но уменьшается с ростом давления газа. Также страты с большим порядковым номером (от катодного края положительного столба) имеют меньшую толщину. Показано, что стратификация положительного столба хорошо подчиняется законам подобия. Наблюдается совпадение кривых погасания и областей существования страт, измеренных в различных разрядных трубках и построенных в зависимости от произведения давления газа и радиуса трубки pR. Приведенные толщины страт d/R (отношение толщины страт d к радиусу трубки R) в различных трубках также хорошо согласуются друг с другом при построении их в зависимости от pR. Показано, что приведенные толщины страт подчиняются закону Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m. При низких значениях pR ≤ 1 константы C = 1,17, m = 0,17, а толщина страт медленно уменьшается с ростом давления газа. При более высоких pR увеличение давления газа приводит к резкому сужению и расплыванию страт, а константы становятся равными C = 1 и m = 1,7. У цій роботі були досліджені умови стратифікації позитивного стовпа тліючого розряду постійного струму у нітрогені у трубках діаметром 8 мм та 55 мм. Показано, що в кожній розрядній трубці страти спостерігаються в замкнутих областях по струму і прикладеній напрузі в обмеженому діапазоні тиску газу. Отримано, що перша (з катодного кінця позитивного стовпа) страта яскравіше виражена і має найбільшу довжину. Товщина страт слабко залежить від розрядного струму, але зменшується з ростом тиску газу. Також страти з великим порядковим номером (від катодного краю позитивного стовпа) мають меншу товщину. Показано, що стратифікація позитивного стовпа добре підкоряється законам подібності. Спостерігається збіг кривих згасання і областей існування страт, виміряних у різних розрядних трубках і побудованих в залежності від добутку тиску газу і радіуса трубки pR. Наведені товщини страт d/R (відношення товщини страт d до радіусу трубки R) у різних трубках також добре узгоджуються між собою при побудові їх залежно від pR. Показано, що наведені товщини страт змінюються у відповідності із законом Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m. При низьких значеннях pR ≤ 1 константи C = 1,17, m = 0,17, а товщина страт повільно зменшується зі збільшенням тиску газу. При більш високих pR збільшення тиску газу призводить до різкого звуження і розпливання страт, а константи стають рівними C = 1 і m = 1,7. In this paper we have investigated the conditions of stratification of the positive column of dc glow discharge in nitrogen in the tubes with a diameter of 8 mm and 55 mm. It is shown that in every discharge tube the strata are observed in the confined areas of the current and the applied voltage over a limited range of gas pressures. It was found that the first (from the cathode end of the positive column) striation is more pronounced and has a maximum length. The thickness of the striation depends weakly on the discharge current, but it decreases with increasing gas pressure. Also, the striation with high order number (from the cathode edge of the positive column) has a smaller thickness. It is shown that the stratification of the positive column obeys the similarity laws. There is observed a coincidence of the extinction curves and the regions of existence of strata measured in a variety of discharge tubes and plotted against the product of gas pressure and tube radius pR. Reduced strata thickness d/R (ratio of the thickness of the striation d to the tube radius R) in various tubes is also in good agreement between themselves when plotted against pR. It is shown that reduced strata thickness obeys the Goldstein-Wehner rule d/R = C/(pR)m. At low values pR ≤ 1 the constants equal to C = 1.17, m = 0.17, and the thickness of the stratum slowly decreases with gas pressure increasing. At higher gas pressure pR increase leads to an abrupt strata narrowing and spreading, and the constants become C = 1 and m = 1.7. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте Лисовский, В.А. Артюшенко, Е.П. Коваль, В.А. |
| title | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте |
| title_full | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте |
| title_fullStr | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте |
| title_full_unstemmed | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте |
| title_short | Экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте |
| title_sort | экспериментальное исследование условий стратификации разряда постоянного тока в азоте |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76895 |
| work_keys_str_mv | AT lisovskiiva éksperimentalʹnoeissledovanieusloviistratifikaciirazrâdapostoânnogotokavazote AT artûšenkoep éksperimentalʹnoeissledovanieusloviistratifikaciirazrâdapostoânnogotokavazote AT kovalʹva éksperimentalʹnoeissledovanieusloviistratifikaciirazrâdapostoânnogotokavazote |