RU2537383C2 - Method of channels creation in electrode in dependent arc discharge - Google Patents
Method of channels creation in electrode in dependent arc discharge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537383C2 RU2537383C2 RU2013123637/07A RU2013123637A RU2537383C2 RU 2537383 C2 RU2537383 C2 RU 2537383C2 RU 2013123637/07 A RU2013123637/07 A RU 2013123637/07A RU 2013123637 A RU2013123637 A RU 2013123637A RU 2537383 C2 RU2537383 C2 RU 2537383C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- wire
- electrodes
- discharge
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом в которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, контактируя с ними. Расстояние между электродами выбирается таким, при котором разряд без проволоки не возникает. Между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом один конец проволочки располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на разрядный промежуток из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения.The invention relates to the field of studying the physical properties of a substance, in particular to studying processes in a plasma and in gas-discharge devices, between which the voltage is applied between the anode and cathode at a fixed distance between them. The resulting current melts and evaporates a thin wire that is placed between the electrodes in contact with them. The distance between the electrodes is chosen so that a discharge without a wire does not occur. Between the electrodes, conditions are created for avalanche breakdown of the discharge gap arising in the presence of vapor of an evaporating wire in the air. In this case, one end of the wire is located in the hole inside the cathode surface and touches it, and when voltage is applied to the discharge gap, a channel is formed from the point of contact of the wire and the cathode surface on the cathode, coming from the point of contact in the direction from the junction of the cathode to the negative pole of the voltage source.
Технический результат изобретения - разработка способа образования каналов на поверхности катода в несамостоятельном дуговом разряде.The technical result of the invention is the development of a method of forming channels on the surface of the cathode in a non-self-sustaining arc discharge.
Известен способ зажигания дугового разряда при подаче на него напряжения за счет начального плотного соприкосновения перемещающихся друг относительно друга электродов с последующим их раздвижением [1].A known method of ignition of an arc discharge when voltage is applied to it due to the initial close contact of the electrodes moving relative to each other with their subsequent extension [1].
Этот способ не позволяет зажигать несамостоятельный дуговой разряд.This method does not allow igniting a non-self-sustaining arc discharge.
Известен способ зажигания несамостоятельного дугового разряда в разрядном промежутке с металлической проволочкой между электродами [2].A known method of ignition of a non-self-sustaining arc discharge in the discharge gap with a metal wire between the electrodes [2].
Этот способ не позволяет образовывать каналы на поверхности катода.This method does not allow the formation of channels on the surface of the cathode.
Техническая задача, решаемая в предложенном изобретении, заключается в разработке способа для создания на поверхности катода каналов в несамостоятельном дуговом разряде при испарении проволочки внутри разрядного промежутка. Суть ее заключается в следующем. Один из концов помещенной между электродами проволочки располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее. При подаче напряжения на разрядный промежуток из точки касания проволочки катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения.The technical problem solved in the proposed invention is to develop a method for creating on the surface of the cathode channels in a non-self-sustaining arc discharge by evaporation of the wire inside the discharge gap. Its essence is as follows. One of the ends of the wire placed between the electrodes is located in the hole inside the cathode surface and touches it. When voltage is applied to the discharge gap from the point of contact of the wire of the cathode surface, a channel is formed on the cathode, proceeding from the point of contact in the direction from the junction of the cathode with the negative pole of the voltage source.
Поставленная задача достигается тем, что между анодом и катодом при фиксированном расстоянии между ними плавится и испаряется тонкая металлическая проволочка. При этом один конец проволочки располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на разрядный промежуток из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения.The task is achieved by the fact that between the anode and cathode at a fixed distance between them, a thin metal wire melts and evaporates. In this case, one end of the wire is located in the hole inside the cathode surface and touches it, and when voltage is applied to the discharge gap, a channel is formed from the point of contact of the wire and the cathode surface on the cathode, coming from the point of contact in the direction from the junction of the cathode to the negative pole of the voltage source.
Данный способ впервые дает возможность образовывать каналы на катодной поверхности в несамостоятельном дуговом разряде при испарении проволочки внутри разрядного промежутка, один из концов которой помещается в отверстии на поверхности катода.This method for the first time makes it possible to form channels on the cathode surface in a non-self-sustaining arc discharge during evaporation of the wire inside the discharge gap, one of the ends of which is placed in the hole on the cathode surface.
Сущность способа заключается в следующем. Между металлическими электродами при фиксированном расстоянием между ними подается напряжение. Возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, при этом расстояние между электродами выбирается таким, при котором газовый разряд без проволочки не зажигается, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом один конец проволочки располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на электроды из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения.The essence of the method is as follows. A voltage is applied between the metal electrodes at a fixed distance between them. The resulting current melts and evaporates a thin wire that is placed between the electrodes, while the distance between the electrodes is chosen so that a gas discharge without a wire is not ignited, and conditions are created between the electrodes for avalanche breakdown of the discharge gap arising in the presence of vapor of the evaporating wire in the air. At the same time, one end of the wire is located in the hole inside the cathode surface and touches it, and when voltage is applied to the electrodes from the point of contact of the wire and the cathode surface, a channel is formed on the cathode coming from the point of contact in the direction from the junction of the cathode to the negative pole of the voltage source.
Схема осуществления способа показана на чертеже (см. рис.1). Проволочка 1 натянута между катодом (2) и анодом (3) и контактирует с ними. При этом один конец проволочки контактирует с катодной поверхностью внутри отверстия (4) в катоде. Для подачи напряжения на электроды использовался выпрямительный агрегат «Дельфин» (5) с выпрямленным напряжением 220 B. Разрядный ток в максимуме менялся в области 10-50 А с помощью переменного сопротивления (6). Длительность разряда около 0,1 секунды. В качестве катода применялись различные металлы (Cu, Ni, Fe, Ti, латунь, нержавеющая сталь и другие). Брались проволочки разных металлов и сплавов (Cu, Ni, Fe, нихром, ковар и другие). Диаметр проволочек менялась в интервале 0,04-0,1 мм, их длина менялась от 15 до 30 мм.The scheme of the method is shown in the drawing (see Fig. 1). The wire 1 is stretched between the cathode (2) and the anode (3) and is in contact with them. In this case, one end of the wire is in contact with the cathode surface inside the hole (4) in the cathode. To supply voltage to the electrodes, the Dolphin rectifier unit (5) with a rectified voltage of 220 V was used. The discharge current at a maximum was varied in the range of 10–50 A using an alternating resistance (6). The discharge duration is about 0.1 second. Various metals (Cu, Ni, Fe, Ti, brass, stainless steel and others) were used as cathodes. We took wires of various metals and alloys (Cu, Ni, Fe, nichrome, Kovar, and others). The diameter of the wires varied in the range of 0.04-0.1 mm, their length varied from 15 to 30 mm.
При подаче напряжения на разрядный промежуток с проволочкой, натянутой между электродами, из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде под действием электронов катода и ионов из плазмы образуется канал (7). Фотография его на пластинке-катоде из трансформаторного железа представлена на рис.2. Канал (7) исходит из отверстия в катоде (4) в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения (8) в сторону более положительного потенциала.When voltage is applied to the discharge gap with a wire stretched between the electrodes, a channel is formed from the point of contact of the wire and the cathode surface on the cathode under the action of cathode electrons and ions (7). A photograph of it on a transformer iron cathode plate is shown in Fig. 2. Channel (7) comes from the hole in the cathode (4) in the direction from the junction of the cathode with the negative pole of the voltage source (8) towards a more positive potential.
Обратим внимание на ряд обстоятельств.We draw attention to a number of circumstances.
1. Канал на катоде, как и пробой газа, не возникает без проволочки, поскольку пробойное напряжение разрядного промежутка длиной 1 см в воздухе при атмосферном давлении составляет 31000 B [3].1. The channel at the cathode, like gas breakdown, does not occur without a wire, since the breakdown voltage of a discharge gap 1 cm long in air at atmospheric pressure is 31000 V [3].
2. При расположении проволочки на торце катодной пластины (см. рис.1 в [4] на стр.4) каналы не возникают.2. When the wire is located at the end of the cathode plate (see Fig. 1 in [4] on page 4), channels do not arise.
3. Протяженность каналов 1-3 см.3. The length of the channels is 1-3 cm.
4. При каждом последующем пробое разрядного промежутка канал удлиняется в течение 5-6 пробоев газа, после чего его длина перестает меняться. При этом канал имеет фиксированную на поверхности катода траекторию. Это обстоятельство дает основание предполагать, что проводимость металла на катоде внутри канала может быть больше, чем вне канала.4. With each subsequent breakdown of the discharge gap, the channel lengthens for 5-6 gas breakdowns, after which its length ceases to change. In this case, the channel has a trajectory fixed on the cathode surface. This circumstance suggests that the conductivity of the metal at the cathode inside the channel may be greater than outside the channel.
5. Канал можно образовать касанием поверхности катода одним из концов тонкой проволочки, при этом второй ее конец закреплен на подвижном аноде. Однако в этом случае каналы от пробоя к пробою различаются друг от друга из-за различающихся условий контакта проволочки с катодом.5. The channel can be formed by touching the surface of the cathode with one of the ends of a thin wire, while its second end is fixed to a movable anode. However, in this case, the channels from breakdown to breakdown differ from each other due to the different contact conditions of the wire with the cathode.
Появление каналов в металле можно объяснить исходя из принципа наименьшего действия электродинамики [5] для электрического тока, протекающего через массу вещества, сопротивление которой удовлетворяет закону Ома, токи распределяются в этой массе так, чтобы скорость генерации в ней тепла была наименьшей. Отсюда можно считать, что канал - это траектория движения электронов в металле, вдоль которой потери энергии на нагрев минимальны, т.е. канал - это траектория с наибольшей электронной проводимостью. Именно поэтому электроны при каждом последующем пробое движутся по траектории, совпадающей с траекториями при предыдущих пробоях.The appearance of channels in a metal can be explained on the basis of the principle of the least action of electrodynamics [5] for an electric current flowing through a mass of a substance whose resistance satisfies Ohm's law, currents are distributed in this mass so that the rate of heat generation in it is the lowest. Hence, we can assume that the channel is the trajectory of the movement of electrons in the metal along which the energy losses for heating are minimal, i.e. the channel is the trajectory with the highest electronic conductivity. That is why electrons during each subsequent breakdown move along a trajectory that coincides with the trajectories of previous breakdowns.
Таким образом, в предложенном способе впервые дано решение образования каналов на катоде в несамостоятельном газовом разряде с металлической проволочкой между электродами, один из концов которой располагается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее.Thus, in the proposed method, for the first time, a solution is given to the formation of channels on the cathode in a non-self-contained gas discharge with a metal wire between the electrodes, one of the ends of which is located in the hole inside the cathode surface and touches it.
Способ прост в осуществлении и эффективен. Его можно применять в технике и в научных исследованиях, например в новых технологиях микроэлектроники.The method is simple to implement and effective. It can be used in engineering and in scientific research, for example, in new microelectronics technologies.
Источники информацииInformation sources
1. Теория сварочных процессов, редактор В.В. Фролов. М.: Высшая школа, 1988.1. Theory of welding processes, editor VV Frolov. M .: Higher school, 1988.
2. Р.Н. Кузьмин, Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2388192. 2010.2. R.N. Kuzmin, N.A. Miskinova, B.N. Shvilkin. Patent for invention No. 2388192. 2010.
3. Радиофизическая электроника, редактор Н.А. Капцов. Издательство МГУ, 1960, с.497.3. Radiophysical electronics, editor N.A. Kaptsov. MSU Publishing House, 1960, p. 497.
4. Р.Н. Кузьмин, Н.А. Мискинова, Б.Н. Швилкин. Патент на изобретение №2368472. 2009.4. R.N. Kuzmin, N.A. Miskinova, B.N. Shvilkin. Patent for invention No. 2368472. 2009.
5. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сендс. Фейнмановские лекции по физике. Т. 6. Электродинамика. Издательство «Мир». 1962, с.117.5. R. Feynman, R. Leighton, M. Sands. Feynman lectures in physics. T. 6. Electrodynamics. Publishing house "Mir". 1962, p. 117.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123637/07A RU2537383C2 (en) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | Method of channels creation in electrode in dependent arc discharge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123637/07A RU2537383C2 (en) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | Method of channels creation in electrode in dependent arc discharge |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013123637A RU2013123637A (en) | 2014-11-27 |
RU2537383C2 true RU2537383C2 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013123637/07A RU2537383C2 (en) | 2013-05-23 | 2013-05-23 | Method of channels creation in electrode in dependent arc discharge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537383C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620262C2 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method of forming heat cumulative jet and created predetermined shape channel on metal cathode surface |
RU2643530C2 (en) * | 2016-04-22 | 2018-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for forming heat cumulative metal melting jet and channel of required length formed by it |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2368472C1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-09-27 | Борис Николаевич Швилкин | Method of thin metal sheet butt welding |
RU2388192C2 (en) * | 2008-04-02 | 2010-04-27 | Борис Николаевич Швилкин | Method of heating cathode and igniting arc discharge with metal wire between electrodes |
-
2013
- 2013-05-23 RU RU2013123637/07A patent/RU2537383C2/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2368472C1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-09-27 | Борис Николаевич Швилкин | Method of thin metal sheet butt welding |
RU2388192C2 (en) * | 2008-04-02 | 2010-04-27 | Борис Николаевич Швилкин | Method of heating cathode and igniting arc discharge with metal wire between electrodes |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2620262C2 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method of forming heat cumulative jet and created predetermined shape channel on metal cathode surface |
RU2643530C2 (en) * | 2016-04-22 | 2018-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for forming heat cumulative metal melting jet and channel of required length formed by it |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013123637A (en) | 2014-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104094377B (en) | For generation of the device of hollow cathode arc discharge plasma | |
RU2388192C2 (en) | Method of heating cathode and igniting arc discharge with metal wire between electrodes | |
US10256067B1 (en) | Low voltage drop, cross-field, gas switch and method of operation | |
RU2537383C2 (en) | Method of channels creation in electrode in dependent arc discharge | |
JP2017500557A (en) | Dielectric barrier discharge ionization source for spectroscopic measurements | |
Mao et al. | Research on the time-delay characteristics of the laser-triggered vacuum switch | |
RU2483500C2 (en) | Method for local heating of cathode surface section | |
CN203644725U (en) | Grid control cold cathode X ray tube | |
RU2368472C1 (en) | Method of thin metal sheet butt welding | |
WO2009139555A3 (en) | Apparatus for electric treatment of fluids | |
RU2620262C2 (en) | Method of forming heat cumulative jet and created predetermined shape channel on metal cathode surface | |
RU2453408C1 (en) | Method of butt welding of thin metal plates | |
RU2554085C2 (en) | Method for heating of electrodes and creation of self-sustained arc discharge with ignition from thin metal wire in magnetic field free space | |
RU2677624C2 (en) | Method and device for preventing formation of thermal cumulative channel on metallic surface of cathode and fixing position of discharge channel at cathode | |
RU2418341C1 (en) | Device for heating of electrodes and creation of self-sustained arc discharge with ignition from thin metal wire | |
RU163236U1 (en) | DIELECTRIC TEMPLATE FOR FORMING ON THE METAL SURFACE OF THE CATHODE A DIRECTED THERMAL CUMULATIVE JET AND THE CHANNEL FORMED BY IT | |
Sun et al. | Miniature, 3D-printed, monolithic arrays of corona ionizers | |
RU2614526C2 (en) | Method of molten metal heat cumulative jet and formed by it channel deflecting on cathode metal surface in arc pulse discharge during wire explosion between electrodes by effect of transverse magnetic field | |
RU2643530C2 (en) | Method for forming heat cumulative metal melting jet and channel of required length formed by it | |
Gushenets et al. | A pulsed vacuum arc ion source with a pure boron cathode | |
RU145256U1 (en) | DEVICE FOR STATIONARY GENERATION OF ION BEAM OF HIGH POWER | |
RU2601725C1 (en) | Metal plasma source (versions) | |
RU2650887C2 (en) | Magnetohydrodynamic generator | |
Kim et al. | Highly efficient initiation carrier injection for nonthermal atmospheric plasma generation | |
RU2692689C1 (en) | Cumulation device of plasma clots |