Обзор (1)

-В работе [13] выполнен расчет величины скачка потенциала в сужении по параметрам невозмущенной плазмы, измеренным до и после сужения в предположении двойного слоя, разделяющего две плазмы с различными концентрациями и температурами электронов.

-В работе [14] экспериментально установлено, что скачок потенциала в слое не зависит от тока вплоть до некоторого критического значения, после которого Uс резко возрастает. В этом случае разряд переходит в неустойчивый режим горения, что связано с уменьшением концентрации нейтралей в области сужения [3].

3. В работах [19, 20] экспериментально показано, что в узкой части разрядной трубки происходит падение концентрации нейтрального газа тем большее, чем выше плотность тока разряда и ниже давление газа. В работе [20]

Вассерабом сделана попытка связать скачок потенциала в слое у сужения и плотность тока в сужении, учитывая зависимость давления P от Uc и j. Это привело к следующей трактовке физической причины возникновения обрыва тока: снижение плотности газа в сужении с ростом тока ведет к снижению эффективности ионизации, но сопровождающий снижение плотности газа рост скачка потенциала приводит к возрастанию энергии электронов, прошедших

Uc. Рост энергии электронов частично компенсирует дефицит ионов,

возникший из-за падения концентрации атомов газа, но одновременно увеличение скорости электронов увеличивает откачку газа из сужения и тем самым увеличивает дефицит ионов.

4. Исследование режимов горения разряда, сопровождающихся релаксационными колебаниями разрядного тока, выполнено в ряде работ: [4,

11, 23-29].

- В работе [24] исследованы несколько конструкций трубок, имеющих в межэлектродном пространстве сетку. Во всех типах приборов обнаружено погасание ртутного разряда низкого давления при достижении критической плотности тока, которая растет линейно с ростом давления паров ртути. После

21

погасания разряда, через τ ≈ 10-5 - 10-6 с разряд возникал вновь, что позволило получить большую колебательную мощность в импульсе. Установлено, что колебания возникают только тогда, когда требуемый ток оказывается выше токопроводящей способности газа. Предел по току достигается при 100%

ионизации газа на одном из участков канала разряда. Автор [24] следующее описание явления обрыва тока: ионы в разряде движутся к стенкам под влиянием поля, возникающего из-за большей подвижности электронов и их температуры. С ростом плотности разрядного тока объем мгновенно освобождается от газа; приток ионов прекращается и ток обрывается. Ионы,

рекомбинируя на стенках, возвращаются в объем уже с тепловыми скоростями за время порядка 10-5 - 10-6 с (в зависимости от размеров трубки). Этот процесс и служит источником колебаний. Таким образом, одним из основных результатов [24] можно считать установление линейной связи между jкр и

произведением PS.

5.Далленбах и Гереке [14] связывали обрыв тока с достижением высокой направленности электронного тока в разряде. Однако, как гипотеза полной ионизации атомов газа [24, 30], так и гипотеза Далленбаха [14] не выдерживают проверки экспериментом [3]. С одной стороны, обрывы тока наблюдались в разрядах при наличии всего 4% ионов [30], а с другой - известны экспериментальные данные Клярфельда, когда разряд горит устойчиво при высоких направленных скоростях электронов [31].

6.Согласно Тонксу и Клярфельду [4, 17], обрыв тока в разряде обусловлен созданием сильного местного разрежения при больших плотностях разрядного тока. Эксперимент [4] показывает, что такие разрежения действительно образуются вблизи сужений разрядного канала. Однако, для объяснения погасания разряда в длинных трубках при низких плотностях тока,

эта гипотеза неприменима. Тонкс [32] считает, что для обрыва тока необходимо

образование области полного вакуума, хотя в [3] показано, что это не является

22

необходимым, т.к. разряд не может существовать устойчиво уже при достаточно низкой, но отличной от нуля, плотности газа.

7. В работах [23, 27, 28] построена приближенная теория колебаний разрядного тока и показано, что соотношение jкр = PS, полученное Хэллом,

справедливо только для критического тока.

Рис. 1. Зависимость значений Pi от величины потенциала горения разряда: 1 - экспериментальные данные [9], 2 - расчет по формуле (3)

23

Рис. 2. График зависимости значений U от величины RP: 1 - эксперимент [11, 12] 2 - расчет по формуле (6)

Рис.3. Двойной слой в разряде с сужением плазменного канала

24

Рис. 4. Зависимость электронной температуры от величины PR: 1 - экспериментальные данные [12], 2 - расчет [13, 16] для случая λе˃˃R; 3 - экспериментальные данные [12], 4 - расчет [13, 16] для случая λе˂˂R

Рис. 5. Зависимость величины скачка потенциала Uc в устье сужения канала разряда от R1/R2

для различных значений PR1, тор·см: 1 - 5·10-4, 2 - 10-3, 3 - 2·10-3, 4 - 4·10-3, 5 - 10-2

25

Рис. 6. Зависимости величины скачка потенциала (а), электронной температуры (б) и тока на зонд (в) от координаты внутри межэлектродного зазора. Точка x=0 мм соответствует координате устья сужения

Рис. 7. Зависимость толщины двойного слоя от давления: 1 – расчет [21], 2 – эксперимент [22], 3 – длина свободного пробега электронов в плазме ртути

26

Рис. 8. Зависимость величины скачка потенциала в слое от плотности разрядного тока (расчет по формуле 24) при разных давлениях PHg, тор: 1 – 10-3, 2 - 10-2, 3 - 10-1

Рис. 9. Зависимость величины критической плотности тока от давления PHg, тор: 1 – эксперимент [23], 2 – расчет [21]

27

Рис. 10. Конструкции приборов с сеткой в межэлектродном зазоре, использованные в эксперименте [26]

28

Рис. 11. Зависимость величины критической плотности тока от давления паров ртути для разных конструкций разрядных трубок (см. рис. 10)

Рис. 12. Иллюстрация принципа формирования разрежения в разряде

29

Рис. 13. Схема разрядной трубки с диафрагмой из диэлектрика: 1 – анод, 2 – диафрагма из кварца с отверстием, 3 – дежурный анод, 4 – зажигатель, 5 – катод

Рис. 14. ВАХ разряда для двух значений давления PHg, тор: 1 – 1.5∙10-3, 2 – 3.4∙10-3

30