Способ исследования разряда в инертных газах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к газоразрядным приборам, использующим разряд постоянного тока в инертных газах;и может быть применено при исследовани-t ях плазмы. Цель изобретения - упро-, щение исследований в газоразрядных трубках любого сечения. Цель изобретения достигается тем, что различные сечения разрядного канала создают в одной газоразрядной трубке переменного сечения путем перемещения в ней анода и измеряют длины и частоты бегущих страт в расположенной перед анодом точке канала, в которой пространственный инкремент страт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, получая тем самым характеристики страт для любого сечения разрядного канала, в устройстве для осуществления способа трубка выполнена в форме .усеченного конуса, причем угол раствора конуса и длина трубки, превышающая длину тре страт, находятся в следующей зависимости: Li 3Nr0 /1±3NtgeЈ, где L - длина конуса; 2оЈ - угол его раствора; г0 - радиус анодного торца конуса (знак + или - соответствует случаям, когда анод помещен со стороны широкого или узкого конца конуса соответственно ); N - отношение длины примыS (Л кающей к аноду страты к ф-лы, 1 ил. 2 с.п.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„17059

А1 (g)) g Н 01 Л 9/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4667657/21 (22) 16. 02. 89 (46) 15. 01. 92. Бюл. 2 (71) МГУ им. М. В.Ломоносова и Московский институт связи (72) Б.Н.Пвилкин, Л.И.Маслова, Н.А.Мискинова и И.A.Ñàâ÷åíêî (53) 621.385(088.8) (56) Зайцев А,А., сувалкин Б.Н.

ДАИ СССР, т. 172, - 3, 1967, с, 565-568. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРЯДА В

ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ И УСТГО11СТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к газоразрядным приборам, использующим разряд постоянного тока в инертных газах и может быть применено при исследовани ях плазмы. Цель изобретения — упро-, щение исследований в газоразрядных трубках любого сечения. Цель изобретения достигается тем, что различные сечения разрядного канала создают в

Изобретение относится к исследованию газового разряда в приборах, в .частности к измерению длины и частоты бегущих страт в плазме разряда посто— янного тока.

Известен способ определения длины и частоты бегущих страт в газоразрядной плазме, который осуществляется в цилиндрической трубке, наполненной газом, между эл ктродами которой прикладытвается постоянная разность потенциалов.

2 одной газоразрядной трубке переменного сечения путем перемещения в ней анода и измеряют длины и частоты бегущих страт в расположенной перед анодом точке канала, в которой пространственный инкремент страт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, получая тем самым характеристики страт для любогп сечения разрядного канала, в устройстве для осуществления способа трубка выполнена в форме. усеченного конуса, причем угол раствора конуса и длина трубки, превышающая длину тре> страт, находятся н следующей зависимости: L ЗИг /1+3Ntpg, где L — длина конуса; 2 — угол его раствора;

r — радиус анодного торца конуса (знак + или — соответствует случаям, когда анод помещен со стороны широкого или узкого конца конуса соответственно); И вЂ” отношение длины примыкающей к аноду страты к ro . 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Цель изобретения — упрощение исследований в газоразрядных трубках любого сечения, заполненных инертным газом., лины ф и частоты f. бегущих страт находят,в цилиндрических трубках с любым сечением разрядного канала. Задача эта весьма важна, так как страты несут информацию о многих параметрах и свойствах разряда и могут быть ис-. пользованы для определения некоторых из них. Например, по минимальной длн1

170 1911 стрлт А,11н Cущесствующих с ЯмОпро извольно 1ьпи возбуждаемых искусствеllно, можно определить величину логарифмической производной скорости ионизации по концентраци 1 электронов,, которую трудно определить каким-либо иным способом, 1! л A. 2иг

Ч =2ll — — =--- — —.

1 мин 2 4 мин 10

Аналогично по известной частоте страт можно рассчитать производную от скорости ионизация по температуре. Из выражений частоты и инкремента страт можно находить и другие характеристи-.. 15 ки плазмы.

В предложении различные се1ения разрядного канала создают в одной газоразрядной трубке переменного сечения путем перемещения в ней анода и изме- l0 ряют упомянутые характеристики страг в расположенной перед анодом точке канала, B которой инкремент стрлт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, полу-.25 чая тем самым характеристики cTðàò для любого сечения разрядного канала.

При этом также трубка выполнена в форме усеченного конуса, причем угол раствора конуса и длина трубки, превы-30 шающая длину трех страт, находятся в следующей зависимости

3Nro

) 1ФЗ! !с;р4 где 1, — длина конуса;

20 — угол его раствора;

r — радиус анодного торца конуса (знак + или — соответствует случаям, когда анод помещен сО cToPGHII шиРОкОГО или УзкО 40 го конца конуса соответственно): !! — отношение длины примыкающей к ано.су страты к г, В способе исследования разряда впервые предллглется создавать различные сечения разрядного канала в одной газоразрядной трубке переменного сече° -сия (при этом трубка выполняется специальной формы! п тем перемещения в ней анода, измеряют частоту и длину страт в расположенной перед анодом точке канала, в которой пространственный инкремент страт максимален, причем указанные измерения ведут в каждом положении анода, получая тем самым характеристики страт для любого сечения разрядного канала, На чертеже представлена схема устройства для определения длины и частоты бегущих страт ° устройство состоит из иапо,пненной

I алом ксп1ичес кой разрядной трубки 1 с подвижным анод м 2 и катодом 3 выпрямителя 4. При экспериментальной проверке данного способа один из конусов имел длину 60 см и радиусы торцов 1 см и 2,4 см. Нспол1,зовались полые цилиндрические катод и анод.

Измерения проводились в неоновой и аргоновой плазмлх в диапазоне давлечий О, 1 — 15 тор и разрядных токах

10 — 2э0 мА. В тех же условиях велись и.опыты в цилиндрических разрядньгх трубках, д.i»rIa которых равна

60 CII, л радиусы 1,2 и 3 см.

Выбранная геомстрия разрядного канала в виде усече1гного конуса вращения и наличие подвижного анода позволяют при перемещении последнего измерять члcTîòó, длину и пространственньсй пнкремепт бегущих страт перед л11одом области канала, в которой пространственный инкремент страт макси" мален ° ! (Оследовлтельные измерения позволяют в различнь1х задлнных положениях лнода при его перемещении получить упомянутые характеристики гтрат для любого сечения разрядного канала (завпс.имость длины и частоты страт от радиусл).. При этом для возникновения страт необходимо осущес.твление положитс.явной обратной связи. На пороге возбужсдения страт, т.е. когда возникают слабые страты с малым коэффициентом пространственного усилс пня, необходимое для осуществления положительной обрлтнои сВН 3I. Io .-.тлточ1со 60JIb(ilo P. усиление осуществляется в I6opoM достаточно большой длины рлзряцного канаЛа. 111спИМЛЛЬНЛя дЛИНЛ КаНаЛа ОКаЗЫвается равной суммарной дл1гне трех стрлт. Объясняется этот факт тем, что для развития зародившейся у катода страты необходимо с ъ1ествование области положитель1ого столба с минимальной длиной 1,, „, на которой амплитуда страт во росла в е раз, т.е. лен

r;J< A — амплитуда страты:1 катода;

Л! — амплитуда гтрс1ть1 IIII расстояни1 н =1/(f) oT него; (1, <-!!,> - пространственный коэффициент усилен 1я и его пороговое значение.

1, 05 )11

35 (3) >X= (гх г) 45 поэтому

3 1 г о

Ъх -x (4) Мин — 3

1-3Nr8Ñ

Здесь =-Nrd, где го — радиУс сече-. ния конуса вблизи анода; N — число, 50 изменяющееся от хЗ до 10, угол 0 равен половине угла раствора конуса. В случае, когда анод помещен не со стороны узкого, а со стороны широкого торца конуса, в знаменателе выражения (4) 55 знак "-" заменяется на знак +".

Из выражения (4) находят, что для самых длинных страт с N=N Ф. 10„

Возбуждение страт в ограниченном положительном столбе при минимальной длине столба L+<< начинается при(=(о.

При этом устанавливается положительная обратная связь. Заметим, что нри

5 удалении от границы возникновения страт vо мере увеличения их пространственного коэффициента усиления длина положительного столба, необходимая для 0 установления положительной обратной связи, несколько укорачивается и может стать соизмеримой не с тремя,. а с двумя и даже с одной стратой. При этом в конической трубке одновременно. происходит укорочение страт в интервале от их оптимальной длины, которая реализуется.в цилиндрических трубках, до минимальной. В этом случае длина страт с максимальным пространственным инкрементом в конусе оказывается заниженной по сравнению с оптимальной длиной страт в цилиндрической разрядкой трубке соответствующего радиуса.

Для установления положительной об 25 ратной связи на границе возникновения страт необходимо, чтобы выполнялось условие

Ь.„ =;К „. (1)

П=1

Максимальное значение угла раствора конуса может быть найдено из соотношения, характеризующего изменение фазы колебаний вдоль разрядного проме— жу з

tP(х)= J k(х)r1x=6 е, (2)

Хо где х — координата начала первой страты на его оси; х — координата конца третьей страты.

В конусе длина страты вдоль оси меняется как угол а д е 2, а максимальный угол раствора конуса („ц, =2 0, яра 4, Дляугла раствора конуса 0 =1 о и при r

=1 см максимальная длина конуса Ьрнн - 63 см. Для более коротких страт с

Л(10 длина конуса, соизмЕримая с су .чарной длиной трех страт, будет меньшей. Так для hd=5r о (N=5) минимальная длина конуса Ь„ „=20,3 см.

В этом случае конус обладает большим.. максимально возможным углом раствора

Ж дх 7,6 . Для самых коротких страт

Pp 3rp ("1=3) максимальный угол

0(х 12,6 . В конических разрядных трубках с углами раствора, большими о или порядка 1?, бегущие с траты вообще не возникают из-за их стабилизации.

Таким образом, для самых коротких оптимальных длин страт максимально возможный угол раствора конусаО А п„ о о 12, а для самых длинных 0 ®о 4

1 онус с углом раствора р(о„ ь 4 о позволяет изучать страты любой длины.

При экспериментальной проверке JJàéного способа один из конусов имел о длину 60 см, угол раствора 2 . yrc e устройство имело ту же длину H уГол раствора 8 . Использовались устройсто ва и с пругими О(. и L. В конусах с углом раствора R% 2,6 найденные в них на опыте значения длин и частот бегущих сграт совпадают с найденными в ци-, линдрических трубах при одинаковых радиусах цилиндров и радиусах анодных торцов конуса и одинаковых разрядных токах и давлениях газа в устройствах.

В конусах с углами раствора порядка

8 удается наблюдать только короткие страты. Заметим, что при таких (больших) углах раствора конуса происходит значительное сокращение области, существования стрит по току и давлению по сравнению с областью их существования в цилиндрических трубках.

Таким образом, предложенные способ и устройство существенно упрсщают исследование разрядов в цилиндрических трубках с любым сечением канала при измерениях длины и частоты бегущих страт. Измерения во многих цилиндрических трубках заменяются измерениями в одной конической разрядной трубке с подвижным анодом. Способ и устройство можно иапользовать при изучении газовых разрядов в различных приборах, например, в газовых лазх— рах на инертных газах. Способ и устройство просты в осуществлении.

1705911

Формула изобретения

Составитель С.Двинин

Техред А.Кравчук. Корректор С.Шекмар

Редактор М.Товтин

Заказ 198 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

1. Способ исследования разряда в инертных газах, основанный на измерении в ра.«ряде длины и частоты бегущих страт и определении по ним параметров плазмы, отличающийся тем, что, с целью упрощения исследований в газоразрядных трубках любого сечения за счет уменьшения используемой аппаратуры и сокращения времени, различные сечения разрядного канала создают в одной гаэораэрядной трубке переменного сеч ния путем перемещения в ней анода и измеряют упомянутые характеристики страт в расположенной перед анодом области канала, в которой пространственный инкремент страт максимален, причем укаэанные измере-. ния ведут в каждом положении анода.

2. Устройство для исследования разряда в инертных газах, содержащее катод и подвижный анод, о т л и ч а ющ е е с я тем, что. оно выполнено в форме уаеченного конуса, причем угол

20 раствора конуса и длина 1. конуса, превышающая длину трех страт, находятся в следующей зависимости

3Nr о

L) — — — --, — 1+знсдg где г, — Радиус анодного торца кону1 са, м; отношение длины примыкающей к аноду страты к r