On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water
The investigation results on the distribution of the plasma channel radiance intensity in the visible spectral region are reported. The pulsed discharge in water is initiated by the Tungsten wire (Ø 300 μm) explosion under initial battery voltage of 20 kV. The plasma channel radiance intensity does...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82148 |
| 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: | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water / О.A. Fedorovich, L.M. Voitenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 1. — С. 161-165. — Бібліогр.: 18 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859724745484795904 |
|---|---|
| author | Fedorovich, O.A. Voitenko, L.M. |
| author_facet | Fedorovich, O.A. Voitenko, L.M. |
| citation_txt | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water / О.A. Fedorovich, L.M. Voitenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 1. — С. 161-165. — Бібліогр.: 18 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | The investigation results on the distribution of the plasma channel radiance intensity in the visible spectral region are reported. The pulsed discharge in water is initiated by the Tungsten wire (Ø 300 μm) explosion under initial battery voltage of 20 kV. The plasma channel radiance intensity does not correlate with the power contribution into the plasma. The energy contribution ceases at 20 μs, and the maximum radiation of the continuous spectrum is observed at 80 μs. The radiation intensity is practically constant between 50 and 120°up to the basic state. It is not succeeded to record the intensity (Тn ≤ 6·10³ К) in the interval to 20 μs. The dynamics in time of the absorption line spectrum in the region between 490…560 nm, explaining the radiation intensity increase with time, is investigated. The visible radiation region comprises a wave length band corresponding to the plasma frequency in the channel. In the course of time, the plasma frequency band displaces into the red spectral region and the radiation intensity in the violet region increases to the values corresponding to Т = 2·10⁴ К. The radiation reflection from the channel boundary at the plasma frequency takes place. The time dependence of the pressure obtained from the experimental hydrodynamic calculation results has been compared with the adiabatic curve. A significant difference between results is evident. The same calculation for the temperature change shows that at the initial discharge stage T= 3·10⁴ К should be reached. The radiation spectrum dynamics in the region between 620 and 700 nm is shown. In the Нα line region (656.3 nm) neither the absorption line nor the radiation line are observed in the spectrum up to 83 μm.
Приводятся результаты исследований распределения интенсивности (I) излучения плазменного канала в видимом диапазоне. Канал импульсного разряда в воде инициируется взрывом проводника из W диаметром 300 мкм при начальном напряжении на батарее 20 кВ. I свечения поверхности канала не коррелирует с вкладом мощности в плазму. Вклад энергии заканчивается на 20 мкс, а максимум излучения сплошного спектра наблюдается на 80 мкс. I излучения практически не меняется в интервале времени от 50 до 120 мкс. Происходит «нереализация» уровней линейчатого спектра W вплоть до основного состояния. До 20 мкс излучение не удается зарегистрировать (Тя ≤ 6·10³ К). Изучена динамика спектра линий поглощения во времени на участке спектра 490…560 нм, объясняющая увеличение интенсивности излучения с течением времени. В видимый диапазон излучения попадает область длин волн, соответствующая плазменной частоте. С течением времени наблюдается смещение области плазменной частоты в красную часть спектра и увеличение интенсивности излучения в фиолетовой области до значений, соответствующих Т = 2·10⁴ К. Происходит отражение излучения от границы канала на плазменной частоте. Проведено сравнение временной зависимости давления, полученного из расчетов по экспериментальным гидродинамическим данным и по адиабате. Видно сильное расхождение результатов. Такой же расчет для изменения Т показывает, что на начальной стадии разряда Т должна достигать значений 3·10⁴ К. Приведена динамика спектра излучения в области 620…700 нм. В области линии Нα (656,3 нм) до 83 мкм в спектре не наблюдаются линии ни поглощения, ни излучения.
Наводяться результати досліджень розподілу інтенсивності (I) випромінювання плазмового каналу у видимому діапазоні. Канал імпульсного розряду у воді ініціюється вибухом провідника з W діаметром 300 мкм при початковій напрузі на батареї 20 кВ. I випромінювання поверхні каналу не корелює з вкладом потужності в плазму. Вклад енергії закінчується на 20 мкс, а максимум випромінювання суцільного спектра спостерігається на 80 мкс. I випромінювання практично не змінюється в інтервалі часу від 50 до 120 мкс. Відбувається «нереалізація» рівнів лінійчатого спектра W аж до основного стану. До 20 мкс випромінювання не вдається зареєструвати (Тя ≤ 6·10³ К). Вивчена динаміка спектра ліній поглинання в часі на ділянці спектра 490…560 нм, що пояснює збільшення інтенсивності випромінювання з часом. У видимий діапазон випромінювання потрапляє область довжин хвиль, яка відповідає плазмовій частоті. З плином часу спостерігається зміщення області плазмової частоти в червону частину спектра і збільшення інтенсивності випромінювання в фіолетовій області до значень, відповідних Т = 2·10⁴ К. Відбувається відбиття випромінювання від кордону каналу на плазмовій частоті. Проведено порівняння часової залежності тиску, отриманого з розрахунків за експериментальними гідродинамічними даними і по адіабаті. Видно сильну розбіжність результатів. Такий же розрахунок для зміни Т показує, що на початковій стадії розряду Т повинна досягати значень 3·10⁴ К. Наведено динаміку спектра випромінювання в області 620…700 нм. В області спектра лінії Нα (656,3 нм) до 83 мкм не спостерігаються лінії ні поглинання, ні випромінювання.
|
| first_indexed | 2025-12-01T11:03:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95)
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2015, № 1. Series: Plasma Physics (21), p. 161-165. 161
ON FEATURES OF THE RADIATION FROM PULSED DISCHARGES INITIATED BY
THICK WIRES IN WATER
О.А. Fedorovich, L.M. Voitenko
Institute for Nuclear Research of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
E-mail: оаfedorovich@kinr.kiev.ua
The investigation results on the distribution of the plasma channel radiance intensity in the visible spectral region
are reported. The pulsed discharge in water is initiated by the Tungsten wire (Ø 300 μm) explosion under initial
battery voltage of 20 kV. The plasma channel radiance intensity does not correlate with the power contribution into
the plasma. The energy contribution ceases at 20 μs, and the maximum radiation of the continuous spectrum is
observed at 80 μs. The radiation intensity is practically constant between 50 and 120 μs. “Unrealization” of tungsten
linear spectrum levels takes place up to the basic state. It is not succeeded to record the intensity (Тn 6 10
3
К) in
the interval to 20 μs. The dynamics in time of the absorption line spectrum in the region between 490…560 nm,
explaining the radiation intensity increase with time, is investigated. The visible radiation region comprises a wave
length band corresponding to the plasma frequency in the channel. In the course of time, the plasma frequency band
displaces into the red spectral region and the radiation intensity in the violet region increases to the values
corresponding to Т = 2 10
4
К. The radiation reflection from the channel boundary at the plasma frequency takes
place. The time dependence of the pressure obtained from the experimental hydrodynamic calculation results has
been compared with the adiabatic curve. A significant difference between results is evident. The same calculation
for the temperature change shows that at the initial discharge stage T= 3 10
4
К should be reached. The radiation
spectrum dynamics in the region between 620 and 700 nm is shown. In the Нα line region (656.3 nm) neither the
absorption line nor the radiation line are observed in the spectrum up to 83 μm.
PACS: 52.80.-s. 52.20.Dq
INTRODUCTION
The only source of information about the
temperature and concentration of the dense plasma is its
radiation. But these plasma parameters can be
determined from the distributions of intensities and their
absolute values observed in the visible radiation region.
The literature practically has no data in this field, in
particular, at electron concentrations exceeding
Ne ≥ 10
19
cm
-3
. It is explained by a lack of methods for
determining the intensities in this part of the spectrum
and their distributions in the broad spectral region in the
case of fast processes with the time resolution of ≤ 1 μs.
Our aim is to investigate the radiation spectra in the
visible range of the plasma channel of pulsed discharges
(PDW) in water initiated by tungsten wires of 300 μm in
diameter, and to study the correlation of radiation
intensities (radiance temperature) in relation with the
power contribution into the plasma channel.
LITERATURE REVIEW
Papers [1-15] present the results on the radiance
temperature of the plasma channel of pulsed discharges
in water. The results reported are very different because
the measurements have been carried out with various
rates of energy input into the channel. Besides the
discharges were initiated using the wires of different
materials and different diameter. Probably, purely spark
discharges were investigated. However, the authors of
the above-mentioned papers practically do not consider
the problems of the time evolution of radiation- and
absorption spectra. Also, the spectral distributions of the
plasma radiation in the visible part of the spectra are not
investigated. In [1] only the initial stage of the discharge
is investigated. An enough strong nonequilibrium of the
continuous radiation spectrum in the visible spectral
region is observed. Analysis of divergence of results in
[1, 2, 4] shows that they have been obtained for very
different discharge conditions. The damping periods,
lengths of discharge gaps, energies contributed into the
channel, diameters and materials of initiating wires,
initial voltages and so on were different. Only in several
papers the radiance temperature was measured in the
narrow spectral region [3, 4, 6] and, solely, for the first
current half-period. The results of absolute
measurements of spectral PDW distributions in the
literature are not presented. That is the reason of the
interest to the study of spectral distributions of the PDW
plasma channel radiation for the calculation of the
energy balance in the channel too. Papers [11-14] give
the radiation intensity distributions in the visible
spectral regions in fixed instants of time. Paper [15] also
reports the measurement results on the relative
distribution of the radiation spectrum in the visible
region for the case of copper wire explosion in water in
fixed instant of time.
As noted above, the measurement results are very
different as investigations were carried under diverse
conditions.
EXPERIMENTAL RESULTS
The source of the plasma is a pulsed discharge in
water initiated by the tungsten exploding wire of
160…500 μm. A low-inductance capacitors battery was
used as a generator for dense plasma production. Its
capacity was 14.6 μΦ, discharge period 15.5 μs,
capacitor voltage 7.5…37 kV. The most interesting
were operating conditions with initiation of discharges
by the tungsten wire of 320 μm under battery voltage of
20 kV. The oscillogram of the current and voltage drop
in the discharge gap of 40 mm in length is given in
mailto:оаfedorovich@kinr.kiev.ua
162 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95)
Fig. 1,a,b shows the power contribution into the
discharge. One can see from the figure that the main
energy contribution into the discharge occurs in the first
half-period, i.e. during the first 10 μs.
.
. a b
Fig. 1. a – Oscillogram of the current and voltage drop
in the discharge gap, U0 = 20kV, discharge gap length
is 40 mm, Tungsten, 320 μm; b – Time dependence
of the power released in the discharge gap
(the same conditions)
In the second and subsequent half-periods the
energy contribution into the channel is insignificant and
does not exceed 10% of the energy accumulated in the
battery. Consequently, there occurs a classic damping of
the plasma channel expanding in water. The time
characteristics of the radiance intensity of the discharge
plasma, as well as, of the radiation and absorption
spectra resolved in the visible region were investigated.
The experimental techniques are described in [3, 7].
The intensity of spectra was calibrated using a
standard source EV-45 [16] and special nine- or ten-step
attenuators with measured transmission coefficients. For
measurements of low intensities additionally a gray
filter was used and double film calibration by means of
nine-step attenuators was performed.
Fig. 2 presents the time dependence of the radiance
temperature measured by the radiation intensity of the
plasma channel. The discharge was initiated by the
explosion of Tungsten wires. Measurements were
carried out on the wave length of 475.0 nm in the
spectral region free of Tungsten radiation (absorption)
line. The spectral region was chosen with the aid of a
narrow-band interferential light filter. Pictures were
taken using a camera VFU-1 with the time resolution of
0.5 μs and the treatment was performed in 2 μs. In the
time characteristic curve of the radiation intensity of the
plasma channel initiated by the W wire (Ø 150 μm and
more) a rather paradoxical radiation effect is observed
(Fig. 3). At the instant of maximum energy supply into
the channel the plasma practically does not radiate and
it is impossible to determine the radiance temperature.
At the initial discharge stage (2…3 μs) the tungsten wire
vapor heating to (8…9)· К is observed. After the
breakdown and intense energy supply into the plasma
channel, it ceases to irradiate.
Across the plasma channel surface the bright and
dark spots, so-called, striations, were observed.
However, at once the glow was not observed even in the
bright plasma regions. After a time the bright channel
region intensity was measured. The duration of the
radiation “pause” is changing but equals to 20 μm in the
case of the discharge initiating wire (DIW) diameter of
150…500 μm. The duration of the glow “pause”
increases with wire diameter increasing while the initial
battery voltage is constant. The radiation intensity
changes in the dark and light regions of the plasma
channel are shown in Fig. 2. It is seen that for the DIW
diameter of 300 μm (U0=20 kV) the difference in the
radiance temperature values is not more than ±1 10
3
К.
At the similar wire diameter and the voltage U0 = 30 kV
the temperature spread ΔT from the average T is
±2 10
3
K and decreases with time.
Fig. 2. Time dependence of the plasma channel
radiance temperature for three discharge modes;
a – Tungsten, 300 m, 20 kV, 40 mm; b – Tungsten,
300 m, 30 kV 40 mm;
c – Tungsten, 150 m, 7.5 kV 40 mm
It should be noted a one more radiation feature when
the thick wires are used, i.e. the larger diameter of the
discharge initiating wire, the longer the radiation
existence in the later discharge stages. Let us consider
the dynamics of radiation intensity distribution in the
visible spectral range for the radiation of the plasma
being formed as a result of the wire explosion in liquid.
Fig. 4 shows the radiation distribution immediately in
3 μs after the breakdown. In the radiation distribution a
continuous spectrum with the faint hydrogen lines Hα
and Hβ of Balmer series are seen.
a
b
c
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95) 165
In the radiation the hydrogen lines are observed, and
their width is not very broad. This indicates on the
comparatively low electron concentration Ne – not
higher than 5 10
18
сm
-3
. The radiation distribution in the
continuous spectrum is similar to the radiation of the
absolute black body (BB) and corresponds
approximately to the BB temperature 7 10
3
K. As Ne
increases the hydrogen lines become still broader and
disappear from the spectrum.
Despite the intensive energy contribution into the
channel in 10 μs, the plasma almost ceases to radiate in
the visible range and radiates only in the region of the
line Hα (see Fig. 3,a). At 23 μs the radiation intensity
increases in the red region and its radiance corresponds
to the radiance temperature of 11 10
3
K, while in the
violet spectral region the radiance temperature does not
exceed 6 10
3
K. At the same time, in the absorption
spectra the broadened absorption lines appear. They
belong to the lines of the transition to the lowest level of
tungsten (transition from the primary level to the first
level), see Fig. 3,b. However, at this time the absorption
line in the region of the line Hα (656.3 nm) is not
observed throughout the region of the plasma channel
glow (see Figs. 3,a-h).
Fig. 3. Radiation distribution in different
instants of time
At 43 μs the most considerable discrepancy of the
radiance temperatures is observed in the different
spectral regions - from 20 10
3
K in the violet spectral
region (where 10 μs before it was not succeeded to
record the radiation) to 7 10
3
K in 400 nm wavelength
region, and the increase up to 16 10
3
K – in the red
spectral region.
In this distribution the visible part of the spectral
region covers the wavelength band corresponding to the
plasma frequency for such plasma densities. Therefore,
in this wavelength band a complete radiation reflection
takes place from the NP plasma-water interface (a cutoff
effect at the plasma frequency). It should be noted that
the difference between the intensity values in the
spectral region of 50 nm makes 30 times (from 2 to
0.07) that can not be an experimental error.
In these experiments the error of the intensity
measurements by the repetition and in the meeting-
points of measurements upon the transition into another
spectral region does not exceed 10%.
The whole spectral region from 360 to 700 nm was
photographed with the camera VFU-1 for 7 digits.
Therefore, when the spectrum intensity is measured to
determine the temperature one should use the spectral
region of a more shortwave band than that of the
wavelengths corresponding to the plasma frequency.
In the course of time (103 μs) the gradual
temperature equalization occurs. At 153 μs the radiance
temperature, measured in the wavelength band of 360 to
700 nm, is changing from 9 10
3
K in the violet spectral
region to (12…15) 10
3
K in the red spectral region (see
Fig. 4) and the spectral radiation approaches to the ABB
radiation. The number of tungsten absorption lines
increases with time, and the lines of a higher upper level
appear. In this case more and more levels appear onto
which the recombination and de-excitation in a free-
bound radiation spectrum is possible.
Fig. 4. Record of the spectrum for Tungsten wire
explosion in two spectral regions Tungsten. - Tungsten
300 m, 20 kV (d: 1 – 4982 A, 2,48 eV; 2 – 5006 A,
3.24 eV; 3 – 5015 A, 3.06 eV; 4 – 5053 A, 2.66 eV;
5 – 5069 A, 2.85 eV; 6 – 5206 A, 3.32 eV; 7 – 5224 A,
2.97 eV; 8 – 5242 A; 4.39 eV; 9 – 5254 A, 4,27 eV;
10 – 5354 A, 3.49 eV; 11 – 5368 A, 4.57 eV;
12 – 5391 A, 3.07 eV;
13 – 5413 A, 3.94 eV; 14–5435 A, 2.48 eV; 15 – 5463 A,
4.1 eV; 16 – 5477 A, 3.43 eV; 17 – 5488 A, 2.85 eV;
18 – 5514 A, 2.66 eV; 19 – 5528 A, 3.9 eV )
This happens upon significant decrease of both the
pressure and the electron concentration in the plasma
channel. Similar results are obtained by explosion of
wires (Ø 160…500 μm) made from other metals (iron,
copper, nickel, molybdenum). It is important that the
larger diameter of the metallic wire, the longer duration
of the plasma recombination. To compare the
experimental results of radiance temperature
measurements and the theoretical values the calculations
on the adiabatic cooling of the expanding plasma
channel have been performed. The adiabatic equation
has the form of P V
k
=const [18]. In the case of the
163
162 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95)
waster plasma it is k=1.26 [5]. Having the time
dependence of the channel radius and shock wave front
we calculate, by the formula for quasi-
incompressibleliquid, the pressure in the plasma channel
and its variation in time.
Fig. 5. The experimental 1 and calculated 2 depending
sfor adiabatic expansion on pressure (a) and
temperature (b) versus time
Fig. 5,a, curve 1 presents the calculation results.
Using the maximum pressure and the time dependence
of the channel radius the time dependence of the
pressure for the adiabatic expansion is calculated (see
Fig. 5,a, curve 2). The pressure values at the late plasma
damping stages, calculated by the adiabat, are lower
more than 20 times in comparison with the experimental
values calculated by the formula for quasi-in-
compressible liquid. The re-calculation of the
temperature by the adiabat from the maximum value at
the late plasma damping stage to the discharge initiation
gives the values up to Т=3 10
4
K, and the radiance
temperature, observed at this instant of time in the red
region, does not exceed 7 10
4
K. These data indicate on
the significant store in the plasma channel of the
internal energy, the relaxation of which is hindered
because of “unrealization” of many levels in the plasma
microfields the value of which is comparable with
intraatomic electric fields.
CONCLUSIONS
The distributions and the value of the radiation
intensity being observed in the dense plasma (electron
density Ne ≥ 10
19
сm
-3
), as a rule, does not corresponds
to the temperature and concentration of the dense
plasma.. This is related with “unrealization” of upper
levels of radiation (absorption) of metal and gas atoms
formed in the channel in high electric microfields
arising in the dense plasma with high electron
concentrations. This leads to the decrease in the number
of levels, onto which the recombination should be
possible, and a part of the processes of the radiation
from the free-bound states is lost.
As a result, the continuous spectrum intensity
sharply decreases. At electron concentration
of 7 10
21
сm
-3
in the visible spectral region the radiation
from the channel strongly depends on the plasma
frequency. Disappearance of the radiation from the
plasma channel at the instant of time with a maximum
energy contribution into the plasma is caused by two
effects. The first effect – “unrealization” of atomic
levels in the intense microfields, related with high
electron concentrationin the dense plasma, leads to the
miss of the electron recombination onto these levels and
to the radiation intensity decrease. The second effect is
the “cutoff” of the radiation on the wavelengths
corresponding to the plasma frequency and to the
spectral region with longer wavelengths.
REFERENCES
1. E.A. Martin. Experimental investigation of a high-
energy density high pressure arc plasma // J. App. Phys.
1960, v. 31, № 2, р. 255-267.
2. G.A. Bopp. Evaluation of the temperature in the
channel of the pulsed discharge in liquids // Optika i
spektroskopiya. 1965, v. 18, №3, p. 529-530 (in
Russian).
3. L.L. Pasechnik, P.D. Starchik, O.A. Fedorovich.
Temperature measurement for the plasma formed by the
underwater wire explosion under conditions of
developed instabilities in the discharge channel //
Collected Articles “Theory and Practice of the
Electrohydraulic Effect”. Kiev: “Naukova dumka”,
1978, p. 43-49 (in Ukrainian).
4. G.A. Gulyj, Yu.V. Korolyov, L.L. Pasechnik,
P.D. Starchik, O.A. Fedorovich, I.S. Shvets. Plasma
heating in the channel of a underwater high-power wire
explosion // Collected Articles “Theory and Practice of
the Electrohydraulic Effect”. Kiev: “Naukova dumka”,
1978, p. 36-42 (in Russian).
5. K.A. Naugonykh, V.A. Roj. Electrical discharges in
water. М.: “Nauka”, 1971, p. 155 (in Russian).
6. G.A. Gulyj, I.S. Shvets, I.I. Kharichkhov. The time
dependence of the surface temperature of the plasma
channel created by the underwater electrical wire
explosion on the discharge circuit parameters //
Collected Articles – “Discharge-pulsed technological
processes”. Kiev: “Naukova Dumka”. 1982, p. 8-13 (in
Ukrainian).
7. L.L. Pasechnik, P.D. Starchik, O.A. Fedorovich. Time
evolution of radiation spectra of pulsed discharges in
water “Theory, experiment, practice of the discharge-
pulse technology”. Kiev: “Naukova Dumka”. 1987,
p. 6-9 (in Ukrainian).
8. J.M. Robinson. Measurement of plasma energy
density and conductivity from 3 to 120 kbar // J. Appl.
Phys. 1964, v. 7, № 6, p. 210-216.
9. P.M. Shеrk. Temperatures of plasma product by
exploding wires under water // Phys. Fluids. 1964, v. 7,
№ 6, p. 913-915.
10. R. Buntzen. Application of exploding wires for
investigation of low-power underwater discharges //
Collected Articles „Electric explosion of wires“.
М.: “Mir”. 1965, p. 225-238 (in Russian).
164
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95) 165
11. О.А. Fedorovich, L.M. Voitenko. On NP damping
coefficient caused by tungsten wire explosion in water //
PAST. 2010, № 4, p. 354-359.
12. O.A. Fedorovich. On the plasma frequency effect on
the continuous radiation spectrum of PDW in the visible
region // VANT. Seriya“Plazmennaya ehlektronika i
novyye metody uskoreniya” (6). 2008, № 4, p. 283-287
(in Russian).
13. O.A. Fedorovich. Empirical formula for the
dependence оf the “optical gap” value on the electron
concentration Ne within the range of 10
17
cm
-3
≤ ne ≤
10
22
sm
-3
// Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Seriya
“Plazmennaya ehlektronika i novyye metody
uskoreniya”. 2013, № 4, р. 223-228 (in Russian).
14. О.А. Fedorovich. Experimental investigations of NP
optical properties in the electron concentration range
10
17
см
-3
≤ Ne ≤ 10
22
сm
-3
// TVT. 2014, v. 2, № 4, p. 524-
534.
15. A. Grinenko, S. Efimov, A. Fedotov, and
Ya.E. Krasik. Addresing the problem of wire format on
around an exploding wire in water // Physics. of
Plasmas. 2013, p. 0527031-0527036.
16. A.N. Demidov, N.N. Ogurtsova, I.V. Podmoshen
-skij. Pulsed light source with radiation similar to the
black body radiation at 40000 K // Optiko-
mekhanicheskaya promislennost. 1960, № 1, p. 2-7 (in
Russian).
17. Plasma investigation methods. Edited by W. Lochte-
Holtgreven. M.: “Mir”. 1971, p. 552 (in Russian).
18. D. Ter Haar, H. Wergeland. Elementary
thermodynamics. M.: “Mir’’ 1958, p. 219 (in Russian).
Article received 12.10.2014
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ИЗЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ РАЗРЯДОВ В ВОДЕ,
ИНИЦИИРУЕМЫХ ТОЛСТЫМИ ПРОВОДНИКАМИ
О.А. Федорович, Л.M. Войтенко
Приводятся результаты исследований распределения интенсивности (I) излучения плазменного канала в
видимом диапазоне. Канал импульсного разряда в воде инициируется взрывом проводника из W диаметром
300 мкм при начальном напряжении на батарее 20 кВ. I свечения поверхности канала не коррелирует с
вкладом мощности в плазму. Вклад энергии заканчивается на 20 мкс, а максимум излучения сплошного
спектра наблюдается на 80 мкс. I излучения практически не меняется в интервале времени от 50 до 120 мкс.
Происходит «нереализация» уровней линейчатого спектра W вплоть до основного состояния. До 20 мкс
излучение не удается зарегистрировать (Тя 6 10
3
К). Изучена динамика спектра линий поглощения во
времени на участке спектра 490…560 нм, объясняющая увеличение интенсивности излучения с течением
времени. В видимый диапазон излучения попадает область длин волн, соответствующая плазменной
частоте. С течением времени наблюдается смещение области плазменной частоты в красную часть спектра и
увеличение интенсивности излучения в фиолетовой области до значений, соответствующих Т = 2 10
4
К.
Происходит отражение излучения от границы канала на плазменной частоте. Проведено сравнение
временной зависимости давления, полученного из расчетов по экспериментальным гидродинамическим
данным и по адиабате. Видно сильное расхождение результатов. Такой же расчет для изменения Т
показывает, что на начальной стадии разряда Т должна достигать значений 3 10
4
К. Приведена динамика
спектра излучения в области 620…700 нм. В области линии Нα (656,3 нм) до 83 мкм в спектре не
наблюдаются линии ни поглощения, ни излучения.
ПРО ОСОБЛИВОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ ІМПУЛЬСНИХ РОЗРЯДІВ У ВОДІ,
ІНІЦІЮЄМИХ ТОВСТИМИ ПРОВІДНИКАМИ
О.А. Федорович, Л.M. Войтенко
Наводяться результати досліджень розподілу інтенсивності (I) випромінювання плазмового каналу у
видимому діапазоні. Канал імпульсного розряду у воді ініціюється вибухом провідника з W діаметром
300 мкм при початковій напрузі на батареї 20 кВ. I випромінювання поверхні каналу не корелює з вкладом
потужності в плазму. Вклад енергії закінчується на 20 мкс, а максимум випромінювання суцільного спектра
спостерігається на 80 мкс. I випромінювання практично не змінюється в інтервалі часу від 50 до 120 мкс.
Відбувається «нереалізація» рівнів лінійчатого спектра W аж до основного стану. До 20 мкс
випромінювання не вдається зареєструвати (Тя < 6·10
3
К). Вивчена динаміка спектра ліній поглинання в часі
на ділянці спектра 490…560 нм, що пояснює збільшення інтенсивності випромінювання з часом. У видимий
діапазон випромінювання потрапляє область довжин хвиль, яка відповідає плазмовій частоті. З плином часу
спостерігається зміщення області плазмової частоти в червону частину спектра і збільшення інтенсивності
випромінювання в фіолетовій області до значень, відповідних Т = 2·10
4
К. Відбувається відбиття
випромінювання від кордону каналу на плазмовій частоті. Проведено порівняння часової залежності тиску,
отриманого з розрахунків за експериментальними гідродинамічними даними і по адіабаті. Видно сильну
розбіжність результатів. Такий же розрахунок для зміни Т показує, що на початковій стадії розряду Т
повинна досягати значень 3·10
4
К. Наведено динаміку спектра випромінювання в області 620…700 нм. В
області спектра лінії Нα (656,3 нм) до 83 мкм не спостерігаються лінії ні поглинання, ні випромінювання.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82148 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-01T11:03:27Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Fedorovich, O.A. Voitenko, L.M. 2015-05-25T15:38:34Z 2015-05-25T15:38:34Z 2015 On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water / О.A. Fedorovich, L.M. Voitenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 1. — С. 161-165. — Бібліогр.: 18 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 52.80.-s. 52.20.Dq https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82148 The investigation results on the distribution of the plasma channel radiance intensity in the visible spectral region are reported. The pulsed discharge in water is initiated by the Tungsten wire (Ø 300 μm) explosion under initial battery voltage of 20 kV. The plasma channel radiance intensity does not correlate with the power contribution into the plasma. The energy contribution ceases at 20 μs, and the maximum radiation of the continuous spectrum is observed at 80 μs. The radiation intensity is practically constant between 50 and 120°up to the basic state. It is not succeeded to record the intensity (Тn ≤ 6·10³ К) in the interval to 20 μs. The dynamics in time of the absorption line spectrum in the region between 490…560 nm, explaining the radiation intensity increase with time, is investigated. The visible radiation region comprises a wave length band corresponding to the plasma frequency in the channel. In the course of time, the plasma frequency band displaces into the red spectral region and the radiation intensity in the violet region increases to the values corresponding to Т = 2·10⁴ К. The radiation reflection from the channel boundary at the plasma frequency takes place. The time dependence of the pressure obtained from the experimental hydrodynamic calculation results has been compared with the adiabatic curve. A significant difference between results is evident. The same calculation for the temperature change shows that at the initial discharge stage T= 3·10⁴ К should be reached. The radiation spectrum dynamics in the region between 620 and 700 nm is shown. In the Нα line region (656.3 nm) neither the absorption line nor the radiation line are observed in the spectrum up to 83 μm. Приводятся результаты исследований распределения интенсивности (I) излучения плазменного канала в видимом диапазоне. Канал импульсного разряда в воде инициируется взрывом проводника из W диаметром 300 мкм при начальном напряжении на батарее 20 кВ. I свечения поверхности канала не коррелирует с вкладом мощности в плазму. Вклад энергии заканчивается на 20 мкс, а максимум излучения сплошного спектра наблюдается на 80 мкс. I излучения практически не меняется в интервале времени от 50 до 120 мкс. Происходит «нереализация» уровней линейчатого спектра W вплоть до основного состояния. До 20 мкс излучение не удается зарегистрировать (Тя ≤ 6·10³ К). Изучена динамика спектра линий поглощения во времени на участке спектра 490…560 нм, объясняющая увеличение интенсивности излучения с течением времени. В видимый диапазон излучения попадает область длин волн, соответствующая плазменной частоте. С течением времени наблюдается смещение области плазменной частоты в красную часть спектра и увеличение интенсивности излучения в фиолетовой области до значений, соответствующих Т = 2·10⁴ К. Происходит отражение излучения от границы канала на плазменной частоте. Проведено сравнение временной зависимости давления, полученного из расчетов по экспериментальным гидродинамическим данным и по адиабате. Видно сильное расхождение результатов. Такой же расчет для изменения Т показывает, что на начальной стадии разряда Т должна достигать значений 3·10⁴ К. Приведена динамика спектра излучения в области 620…700 нм. В области линии Нα (656,3 нм) до 83 мкм в спектре не наблюдаются линии ни поглощения, ни излучения. Наводяться результати досліджень розподілу інтенсивності (I) випромінювання плазмового каналу у видимому діапазоні. Канал імпульсного розряду у воді ініціюється вибухом провідника з W діаметром 300 мкм при початковій напрузі на батареї 20 кВ. I випромінювання поверхні каналу не корелює з вкладом потужності в плазму. Вклад енергії закінчується на 20 мкс, а максимум випромінювання суцільного спектра спостерігається на 80 мкс. I випромінювання практично не змінюється в інтервалі часу від 50 до 120 мкс. Відбувається «нереалізація» рівнів лінійчатого спектра W аж до основного стану. До 20 мкс випромінювання не вдається зареєструвати (Тя ≤ 6·10³ К). Вивчена динаміка спектра ліній поглинання в часі на ділянці спектра 490…560 нм, що пояснює збільшення інтенсивності випромінювання з часом. У видимий діапазон випромінювання потрапляє область довжин хвиль, яка відповідає плазмовій частоті. З плином часу спостерігається зміщення області плазмової частоти в червону частину спектра і збільшення інтенсивності випромінювання в фіолетовій області до значень, відповідних Т = 2·10⁴ К. Відбувається відбиття випромінювання від кордону каналу на плазмовій частоті. Проведено порівняння часової залежності тиску, отриманого з розрахунків за експериментальними гідродинамічними даними і по адіабаті. Видно сильну розбіжність результатів. Такий же розрахунок для зміни Т показує, що на початковій стадії розряду Т повинна досягати значень 3·10⁴ К. Наведено динаміку спектра випромінювання в області 620…700 нм. В області спектра лінії Нα (656,3 нм) до 83 мкм не спостерігаються лінії ні поглинання, ні випромінювання. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Низкотемпературная плазма и плазменные технологии On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water Об особенностях излучения импульсных разрядов в воде, инициируемых толстыми проводниками Про особливості випромінювання імпульсних розрядів у воді, ініціюємих товстими провідниками Article published earlier |
| spellingShingle | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water Fedorovich, O.A. Voitenko, L.M. Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| title | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water |
| title_alt | Об особенностях излучения импульсных разрядов в воде, инициируемых толстыми проводниками Про особливості випромінювання імпульсних розрядів у воді, ініціюємих товстими провідниками |
| title_full | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water |
| title_fullStr | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water |
| title_full_unstemmed | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water |
| title_short | On features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water |
| title_sort | on features of the radiation from pulsed discharges initiated by thick wires in water |
| topic | Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| topic_facet | Низкотемпературная плазма и плазменные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82148 |
| work_keys_str_mv | AT fedorovichoa onfeaturesoftheradiationfrompulseddischargesinitiatedbythickwiresinwater AT voitenkolm onfeaturesoftheradiationfrompulseddischargesinitiatedbythickwiresinwater AT fedorovichoa obosobennostâhizlučeniâimpulʹsnyhrazrâdovvvodeiniciiruemyhtolstymiprovodnikami AT voitenkolm obosobennostâhizlučeniâimpulʹsnyhrazrâdovvvodeiniciiruemyhtolstymiprovodnikami AT fedorovichoa proosoblivostívipromínûvannâímpulʹsnihrozrâdívuvodíínícíûêmihtovstimiprovídnikami AT voitenkolm proosoblivostívipromínûvannâímpulʹsnihrozrâdívuvodíínícíûêmihtovstimiprovídnikami |