Способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя

 

Изобретение относится к физике газового разряда и может быть использовано в плазмохимии, в ускорителях заряженных частиц, в источниках излучения и при накачке активных сред газовых лазеров. Способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя заключается в том, что вещество в газовой фазе возбуждают в разрядном промежутке высоковольтным импульсом напряжения, подаваемым на электрод для распространения от него волны пробоя. Вещество в газовой фазе возбуждают путем разветвления волны пробоя на достаточном для формирования ее фронта расстояния от электрода. Повышена воспроизводимость амплитудно-временных параметров излучения плазмы, создаваемой волной пробоя, увеличено поглощение веществом в газовой фазе электромагнитной энергии возбуждающего импульса и обеспечено значительное ослабление отраженной от разрядного промежутка части высоковольтного импульса напряжения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области физики газового разряда и может быть использовано в плазмохимии, в ускорителях заряженных частиц, в источниках излучения и при накачке активных сред газовых лазеров.

Известен способ возбуждения газа, заключающийся в том, что газ ионизуют в разрядном промежутке и затем подают на него высоковольтный наносекундный импульс положительной полярности таким образом, чтобы отношение периода ленгмюровских колебаний плазмы к длительности переднего фронта наносекундного импульса оставалось в пределах 0,1 - 10 (SU 654998 A, H 01 S 3/09, 30.03.79 г.).

Использование этого способа ограничено необходимостью предварительной ионизации газа.

Известен способ возбуждения веществ в газовой фазе, заключающийся в том, что в разрядной трубке создают волны ионизации, возбуждающие вещество (журнал "Теплофизика высоких температур", том XXXIII, Академия наук СССР, М. , 1985 г., с. 177-179).

Известен способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя, заключающийся в том, что вещество в газовой фазе возбуждают в разрядном промежутке высоковольтным импульсом напряжения, подаваемым на электрод для распространения от него волны пробоя ("Известия Сибирского отделения Академии наук СССР", серия технических наук, выпуск 1, "Наука", Сибирское отделение, Новосибирск, 1985 г., стр. 3 - 5).

В двух последних способах большая часть энергии высоковольтного импульса напряжения отражается от фронта волны пробоя и возвращается к генератору, что снижает КПД устройств, реализующих эти способы. Они характеризуются нестабильностью процесса возбуждения из-за неконтролируемого взаимодействия отраженных волн с разрядным промежутком, в котором распространяется слабозатухающая волна пробоя.

Техническим результатом изобретения является повышение воспроизводимости амплитудно-временных параметров излучения плазмы, создаваемой волной пробоя, увеличение поглощения веществом в газовой фазе электромагнитной энергии возбуждающего импульса и значительное ослабление отраженной от разрядного промежутка части высоковольтного импульса напряжения.

Для достижения этого технического результата в способе возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя, заключающемся в том, что вещество в газовой фазе возбуждают в разрядном промежутке высоковольтным импульсом напряжения, подаваемым на электрод для распространения от него волны пробоя, вещество в газовой фазе возбуждают путем разветвления волны пробоя на достаточном для формирования ее фронта расстоянии от электрода.

Кроме этого, ветви волны пробоя направляют в разные стороны от электрода, число ветвей волны пробоя четное, причем ветви каждой пары направляют в противоположные стороны.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя. На фиг. 2 - вариант выполнения устройства, реализующего способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя.

Способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя заключается в том, что вещество в газовой фазе возбуждают в разрядном промежутке коротким (от единиц до нескольких сот наносекунд) высоковольтным импульсом напряжения, подаваемым от источника 1 высоковольтных импульсов напряжения на электрод 2 для распространения от него волны пробоя (в направлении стрелки А). На достаточном для формирования фронта волны пробоя расстоянии L от электрода 2 волну пробоя разветвляют на несколько ветвей (две, три, четыре и т.д.). Каждая ветвь образует свой фронт волны пробоя. Ветви направляют в разные стороны (в направлении стрелок Б) от электрода 2. Число ветвей волны пробоя четное, причем ветви каждой пары направляют в противоположные стороны.

Достаточное для формирования фронта волны пробоя расстояние L определяется соотношением: L ≥ vτ , где: v - скорость фронта волны пробоя, τ - время нарастания потенциала во фронте волны пробоя.

Фронты ветвей волны пробоя оставляют за собой хорошо проводящую плазму. Поэтому высоковольтный импульс напряжения, создающий слабозатухающую волну пробоя, почти без потерь проходит к фронтам ветвей волны пробоя. Часть энергии импульса поглощается во фронте ветвей волны пробоя, а оставшаяся часть отражается и направляется к фронтам других ветвей волны пробоя, увеличивая в них напряженность электрического поля. В результате увеличивается поглощение веществом в газовой фазе энергии высоковольтного импульса напряжения и соответственно увеличивается степень возбуждения и ионизации вещества.

На фиг. 1 стрелками В показано направление распространения части высоковольтного импульса напряжения, отраженной от фронтов ветвей волны пробоя.

На фиг. 2 изображено устройство, реализующее способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя и обеспечивающее достижение указанного выше технического результата. В этом устройстве волну пробоя разветвляют на две пары ветвей. Ветви 3 и 4 образуют одну пару, а ветви 5 и 6 - вторую.

Заявленный способ обеспечивает повышение импульсной мощности излучения плазмы, создаваемой волной пробоя в широком диапазоне электромагнитного спектра, включая оптическое (лазерное), микроволновое и рентгеновское излучения, при высокой воспроизводимости (нестабильность ≅ 1%) процесса возбуждения веществ в газовой фазе и плазмохимических процессов в разрядном промежутке от импульса к импульсу. Способ применим для возбуждения любых веществ в газовой (паровой) фазе.

Формула изобретения

1. Способ возбуждения веществ в газовой фазе слабозатухающей волной пробоя, заключающийся в том, что вещество в газовой фазе возбуждают в разрядном промежутке высоковольтным импульсом напряжения, подаваемым на электрод для распространения от него волны пробоя, отличающийся тем, что вещество в газовой фазе возбуждают путем разветвления волны пробоя на достаточном для формирования ее фронта расстоянии от электрода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ветви волны пробоя направляют в разные стороны от электрода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что число ветвей волны пробоя четное, причем ветви каждой пары направляют в противоположные стороны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2