RU2106049C1 - Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах - Google Patents
Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2106049C1 RU2106049C1 RU95101325A RU95101325A RU2106049C1 RU 2106049 C1 RU2106049 C1 RU 2106049C1 RU 95101325 A RU95101325 A RU 95101325A RU 95101325 A RU95101325 A RU 95101325A RU 2106049 C1 RU2106049 C1 RU 2106049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- voltage
- electrode
- current
- exciting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к квантовой электронике. Сущность: электромеханическое устройство для возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах на диэлектрической подложке подвижного электрода-ротора, выполнено в виде заземленного цилиндра-каркаса с высокоомной диэлектрической пленкой на наружной поверхности. Разряд возбуждается между протяженными ножевыми высоковольтным и токосъемным электродами, установленными в одной плоскости вдоль образующей подвижного электрода с мимнимально допустисыс зазором относительно поверхности подложки. Величина L рабочего промежутка между электродами выбирается из определенного условия. 2 ил.
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено в качестве плазмолистовых электродов в щелевых разрядных камерах, открывающих перспективное направление в создании нового поколения мощных газоразрядных лазеров без быстрой прокачки рабочей смеси.
Известно устройство для возбуждения поверхностного разряда в плотных газах /Atanasov P. A. Serafitinides A.A. TEA GAS Lasers excited by sliding discharge along the curface of a dielectric. //Optics communications. 1991.
Т. 72, N 6. -P. 356-360/, в котором импульсы напряжения с крутизной фронта до 1012 1013 В/с от высоковольтного генератора подаются на электродную систему со сплошными протяженными высоковольтными и токосъемными электродами, расположенными на поверхности диэлектрической подложки малой толщины, имеющей на обратной стороне металлический экран.
Недостатки устройства связаны с неоднородной структурой поверхностного разряда, где сильноточные каналы приводят к возбуждению нестационарных газодинамических процессов /1/, сопровождающихся эрозионно-абляционным механизмом разрушения диэлектрической подложки /2/, и сложностью конструкции для возбуждения поверхностного разряда от униполярного источника постоянного напряжения /3/.
Известно устройство (прототип) для возбуждения объемного разряда в плотных газах (патент N 2030046, опубликован в Б.И. N 6, 1995г.), содержащее униполярный источник постоянного напряжения, соединенный с протяженными острийными коронирующим и токосъемным электродами, установленными с формированием разрядного промежутка вдоль образующей подвижного электрода (ПЭ) ротора, выполненного в виде заземленного цилиндра-каркаса с высокоомной диэлектрической пленкой на наружной поверхности. Увеличение мощности W газового разряда в промежутке шириной h между образующей ПЭ и ориентированным перпендикулярно к ней коронирующим электродом ножевого типа требовало уменьшения толщины d диэлектрической шириной h между образующей ПЭ и ориентированным перпендикулярно к ней высоковольтным электродом (ВВЭ) ножевого типа требовало уменьшения толщины d диэлектрической пленки (d<h) на поверхности ПЭ, игравшей роль носителя поверхностного заряда σ на участке длиной L(L>h) от основания разряда под ВВЭ до токосъемного электрода (ТЭ), установленного с минимально допустимым зазором d относительно ПЭ (δ ≃ d) для возбуждения вспомогательного индукционного разряда в промежутке ПЭ-ТЭ, обеспечивающего нейтрализацию зарядного рельефа на ПЭ. Малая толщина d пленки позволяла увеличивать предельную плотность поверхностных зарядов σпр на подложке /4/
где
εo диэлектрическая постоянная, ε относительная диэлектрическая проницаемость и ток Iпр разряда в промежутке h
Iпр≤ σпр•v•l, (2)
где
V скорость движения поверхности ПЭ; l напряженность электродов.
где
εo диэлектрическая постоянная, ε относительная диэлектрическая проницаемость и ток Iпр разряда в промежутке h
Iпр≤ σпр•v•l, (2)
где
V скорость движения поверхности ПЭ; l напряженность электродов.
Недостатком устройства является ограниченность тока I разряда в (2) пробивной прочностью газа в приповерхностном слое ПЭ, сдерживающая развитие ионизационных процессов во вспомогательном разряде в промежутке ПЭ-ТЭ, определяющих ширину полосы свечения однородного поверхностного разряда (ОПР), распространяющегося от ТЭ вверх против вектора движения поверхности ПЭ по мере роста напряжения U на ВВЭ на скорости U подложки. Производительность ионизационных процессов в промежутке ПЭ-ТЭ определяется напряженностью наведенного электрического поля Eн в зазоре δ Максимальная величина поля Eн пр может быть оценена как Eнпр~ Uпр/δ Здесь Uпр продельное значение потенциала на поверхности пленки, связанное с толщиной d и предельной плотности зарядов σпр как
Из выражения (1) следует, что тонкие пленки позволяют переносить большую плотность зарядов σпр При этом для получения предельного значения тока Iпр в (2) необходима максимальная производительность рекомбинационних процессов во вспомогательном разряде в промежутке ПЭ-ТЭ. Однако из (1) и (3) следует, что уменьшение толщины d пленки приводит к снижению предельного значения потенциала Uпр и соответственно напряженности Eн наведенного поля на ТЭ. И может оказаться, что концентрация зарядов (ионов, электронов) во вспомогательном разряде будет недостаточна для полной нейтрализации зарядов σпр на подложке.
Из выражения (1) следует, что тонкие пленки позволяют переносить большую плотность зарядов σпр При этом для получения предельного значения тока Iпр в (2) необходима максимальная производительность рекомбинационних процессов во вспомогательном разряде в промежутке ПЭ-ТЭ. Однако из (1) и (3) следует, что уменьшение толщины d пленки приводит к снижению предельного значения потенциала Uпр и соответственно напряженности Eн наведенного поля на ТЭ. И может оказаться, что концентрация зарядов (ионов, электронов) во вспомогательном разряде будет недостаточна для полной нейтрализации зарядов σпр на подложке.
В основу изобретения положена задача повышения тока однородного поверхностного газового разряда на диэлектрической подложке подвижного электрода. Данная задача решается за счет того, что ножевые высоковольтный и токосъемный электроды установлены в одной плоскости с одинаковым зазором относительно поверхности подвижного электрода на расстоянии L, величина которого выбирается из условия
где
U напряжение на высоковольтном электроде, (E/P)проб.т. - табличное значение приведенной напряженности пробойного электрического поля для заданного газа; P давление газовой среды.
где
U напряжение на высоковольтном электроде, (E/P)проб.т. - табличное значение приведенной напряженности пробойного электрического поля для заданного газа; P давление газовой среды.
На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг.2. вид по стрелке A.
Устройство состоит из униполярного источника постоянного напряжения 1, высоковольтного 2 и токосъемного 3 электродов ножевого типа, высокоомного диэлектрического слоя 4 толщиной d на наружной поверхности протяженного металлического цилиндра 5, образующих совместно с металлическими спицами 6, осью 7 и заземленным скользящим контактом 8 подвижный электрод (ПЭ). ПЭ установлен на подшипниках 9 и имеет привод от электродвигателя. Ножевые электроды 2 и 3 установлены в одной плоскости на расстоянии L друг от друга и с минимально допустимым зазором δ относительно образующей ПЭ.
Расстояние L между электродами 2 и 3 выбирается из условия, чтобы напряженность электрического поля в промежутке ВВЭ-ТЭ, оцениваемая как E≈U/L, где U напряжение на ВВЭ, составляла от 0,3 до 0,9 от пробивающего поля (E/P)проб.т., где P давление газа. Диэлектрическое покрытие 4 на ПЭ имеет толщину d≥ 1 мм при относительной проницаемости материала e 2-10.
Устройство работает следующим образом.
При вращении ротора со скоростью более 103 об/мин подается от источника 1 на ВВЭ 2 высокое напряжение U отрицательной полярности и при U≥Uз, где Uз напряжение зажигания, происходит одновременное возбуждение разрядов в двух промежутках: ВВЭ-ПЭ и ПЭ-ТЭ. В промежутке ВВЭ-ПЭ на диэлектрик 4 наносится распределенный отрицательный заряд s который в промежутке ПЭ-ТЭ возбуждает индукционный разряд типа положительной короны. Индукционная корона генерирует положительные ионы, которые, ускоряясь в поле заряда s обеспечивают поверхностный процесс ион-ионной рекомбинации /5/.
При дальнейшем увеличении U на ВВЭ возрастают плотность зарядов s на участие L ПЭ и интенсивность ионизационных процессов в промежутке ПЭ-ТЗ, что проявляется в формировании на ПЭ перед ТЭ полосы диффузного свечения, которая может рассматриваться как незавершенная фаза однородного поверхностного разряда (ОПР). Характерно, что начиная с момента появления полосы незавершенного ОПР, уровень тока I в цепи разряда превышает предельную величину, определяемую из соотношения (2). Это позволяет говорить о возникновении дополнительной цепи, которая может быть связана с проводимостью газа в приповерхностном сдое ПЭ в промежутке ВВЭ-ТЭ.
При достижении перенапряжения на ВВЭ b U/Uз=1,5-1,6 ширина полосы свечения незавершенного ОПР на ПЭ составляет 0,4-3,5 L, а ток разряда I ≃ 2Iпр. При перенапряжении на ВВЭ β ≃ 2,5-3 полоса свечения ОПР на ПЭ занимает 0,8-0,9 ширины L промежутка. При β 3,2-3,5 полоса свечения ОПР замыкает промежуток ТЭ-БВЭ. Уровень тока в цепи разряда может достигать I ≃ 5-6Iпр /6/.
Получен стационарный однородный поверхностный разряд в воздухе атмосферного давления на подвижном электроде, который характеризуется толщиной полосы свечения Δ ≤ 300 мкм и линейной плотностью тока j=I/l≥ I мА/см. Феноменология ОПР позволяет представить его в виде приповерхностной биполярной несамостоятельной короны, где вытягиваемые с помощью поля E положительные ионы из промежутка ПЭ-ТЭ распространяются вверх против и обеспечивают свечение на ПЭ за счет избыточной энергии рекомбинирующих ионов. ОПР увеличивает проводимость приповерхностного слоя газа за счет насыщения его ионами. Дрейф ионов в поде E вдоль подложки позволяет в 5 и более раз превышать предельные значения тока разряда, определяемые через предельную плотность зарядов σпр Полученная форма поверхностного газового разряда нашла применение в бытовых плазмохимических генераторах очистки воздуха /6/ и может рассматриваться для создания безкорпусных газоразрядных индикаторных панелей, возбуждения активных сред щелевых газовых лазеров, решения задач формирования радиоотражающих зеркал в атмосфере.
Литература
1. Исследование остаточных неоднородностей в газе после скользящего разряда по поверхности диэлектрика /О.А.Журавлев, А.В. Кислецов, А.И.Кравцов и дp.// Журнал технической физики. 1989. т. 56, N 7, с. 183-186.
1. Исследование остаточных неоднородностей в газе после скользящего разряда по поверхности диэлектрика /О.А.Журавлев, А.В. Кислецов, А.И.Кравцов и дp.// Журнал технической физики. 1989. т. 56, N 7, с. 183-186.
2. Журавлев О.А. Шлыкова М.П. Яббаров Н.Г. Температурный режим диэлектрической подложи плазмолистового электрода ТА и CO2-лазера// Изв. вузов. Энергетика, 1991, N 2, с. 44-48.
3. Сорокин А. Р. Одноканальный скользящий разряд с высокой направленностью // Письма в ЖТФ, 1987, т. 13, N 2, с. 94-97.
4. Лушейкин Г.А, Методы исследования электрических свойств полимеров. - М. Химия, 1988, 160 с.
5. Райзер Ю.П. Физика газового разряда, М. Наука, 1987, 562с.
6. Журавлев О. А. Федосов А.И. Некоторые особенности разряда в газовом промежутке с диэлектриком на подвижном электроде //Тез, докл. VI конфер. по физике газового разряда, Казань, 1992. С. 10-11.
Claims (1)
- Устройство для возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах, содержащее униполярный источник постоянного напряжения, соединенный с протяженными ножевым высоковольтным и токосъемным электродами, установленными вдоль образующей подвижного электрода ротора, на поверхность которого нанесено диэлектрическое покрытие, отличающееся тем, что высоковольтный и токосъемный электроды установлены в одной плоскости с одинаковым зазором относительно поверхности подвижного электрода на расстоянии L, величина которого выбирается из условия
где U напряжение на высоковольтном электроде;
(E/P)п р о б . т . табличное значение приведенной напряженности пробойного электрического поля для заданного газа;
P давление газа,
причем токосъемный электрод выполнен ножевой формы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95101325A RU2106049C1 (ru) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95101325A RU2106049C1 (ru) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95101325A RU95101325A (ru) | 1997-01-27 |
RU2106049C1 true RU2106049C1 (ru) | 1998-02-27 |
Family
ID=20164393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95101325A RU2106049C1 (ru) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2106049C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2511721C1 (ru) * | 2012-10-23 | 2014-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Способ инициирования высоковольтных разрядов в атмосфере |
RU2519657C2 (ru) * | 2012-09-04 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук | Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах |
-
1995
- 1995-01-31 RU RU95101325A patent/RU2106049C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Atanasov P.A. et al TEA GAS Lasers excited by a sliding discharge along the surface of a dielectric Optics communications, 1991, t.72, N 6, p.356. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519657C2 (ru) * | 2012-09-04 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук | Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах |
RU2511721C1 (ru) * | 2012-10-23 | 2014-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Способ инициирования высоковольтных разрядов в атмосфере |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95101325A (ru) | 1997-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schoenbach et al. | High-pressure hollow cathode discharges | |
Massines et al. | A comparison of polypropylene-surface treatment by filamentary, homogeneous and glow discharges in helium at atmospheric pressure | |
Pietsch | Peculiarities of dielectric barrier discharges | |
RU2106049C1 (ru) | Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах | |
Kadhim et al. | Study of some plasma characteristics in dielectric barrier discharge (DBD) system | |
EP0749153A1 (en) | Cleaning system and method | |
WO2001011737A1 (en) | High electric field, high pressure light source | |
Akishev et al. | Special issue on recent developments in plasma sources and new plasma regimes | |
Chiper et al. | On the secondary discharge of an atmospheric-pressure pulsed DBD in He with impurities | |
Merbahi et al. | Electric and spectroscopic analysis of surface corona discharges in ambient air and comparison with volume corona discharges | |
Shuaibov et al. | Characteristics of High-Current Pulse Discharge in Air with Ectonic Mechanism of Copper Vapor Injection into a Discharge Gap | |
JP3337473B2 (ja) | 負電荷酸素原子発生方法及びその装置 | |
US3864643A (en) | Traveling wave vacuum spark and a travelling wave flashlamp | |
EP0118465B1 (en) | Low voltage operation of arc discharge devices | |
US20050263808A1 (en) | Ferroelectric electron beam source and method for generating electron beams | |
Lago et al. | Sliding discharge optical emission characteristics | |
WO1980000898A1 (en) | Pre-ionising arrangement for electrical discharge apparatus such as a gas laser | |
KR20020083565A (ko) | 유해가스 제거장치 | |
Tarasenko et al. | Different modes of runaway electron beams generated in high-pressure gases | |
US3956711A (en) | Traveling wave transverse electron beam for laser pumping | |
JP4355789B2 (ja) | 放電発生装置 | |
RU1840807C (ru) | Кювета для импульсных газовых лазеров высокого давления с поперечным разрядом | |
RU2030046C1 (ru) | Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах | |
RU1809483C (ru) | Способ управлени срабатыванием разр дника со скольз щим разр дом | |
RU2083482C1 (ru) | Каскадный озонатор |