Получение однородности газового разряда

Получение однородности газового разряда

Реферат

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технике газоразрядных приборов.

Известен способ получения пространственно однородного газового разряда, включающий однородную предыонизацию объема газа между электродами разряда, которые имеют форму, позволяющую создать однородное электрическое поле (В.Виттеман "CO₂-лазер" М.: "Мир", с.201-207, 1990 г.). Недостатками этого способа являются необходимость применения устройств для предыонизации газа, имеющих высокую степень однородности ионизации газа по всему объему, специальный профиль электродов разряда, невозможность создать однородный разряд в газовых смесях, содержащих большое количество молекулярных газов.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ, использующий внутреннее продольное магнитное поле проволочных электрических катушек и расположенных внутри них отдельных проводов для уменьшения количества заряженных частиц, перемещающихся под действием различных сил поперек траекторий движущихся частиц, создающих ток в плазме (Л.A.Арцимович "Элементарная физика плазмы". М.: "Госатомиздат", с.51-52, 1963 г.). Этот способ служит для удержания заряженных частиц или плазмы вдали от стенок разрядных камер. В этом способе используются длинные электрические катушки для создания магнитного поля, которые имеют большую индуктивность, не позволяющую применять их в импульсных устройствах микросекундного диапазона при больших значениях тока разряда. Если используются короткие катушки, то возростает искривление силовых линий магнитного поля, которое появляется также из-за конечности диаметра используемого провода. Катушки имеют значительное электрическое сопротивление, ограничивающее максимальную величину тока, проходящего через них. Они подвержены деформации при больших импульсных токах. В случае применения совместно с поперечными разрядами, диаметр катушек, охватывающих электроды больших размеров, очень велик. Сплошная конструкция катушек, создающих магнитное поле, не позволяет выводить оптическое излучение из объема разряда и использовать плазму разряда. Рассматриваемый способ эффективен только при давлении газа ниже атмосферного, что ограничивает его применение. В этом способе используется плазма, создаваемая вихревым электрическим полем, или ее вводят в область магнитного поля из внешнего источника плазмы, поэтому коллинеарности электрического и магнитного полей не было и она не использовалась. В способе не достигается однородность плотности электрического тока зарядов и ионизированного газа в объеме, поэтому он не может быть применен для ее получения.

В предложенном способе под однородностью разряда понимается отсутствие пространственных неоднородностей тока и концентрации ионизированного газа по сечению разряда поперечному его электрическому полю, которые появляются в результате процессов, происходящих в самом разряде, а не вызываются внешними факторами, поддерживающими разряд (неоднородности внешних полей, предыонизации газа и т.п.).

Изобретение решает следующие задачи: получение однородности газового разряда с помощью магнитного поля и создание магнитного поля устройством, способным пропускать большой ток и не охватывающим электроды и объем разряда. Решение поставленных задач дает возможность использовать разряд для технических применений.

Для решения поставленных задач предложен способ, использующий для создания магнитного поля, близкого к однородному, электрический проводник в виде шины, расположенной вблизи объема, в котором производится газовый разряд. Поставленные задачи решаются, так как неоднородности тока объемных разрядов вызываются движением электрических зарядов поперек электрического поля разрядов, поэтому однородное магнитное поле, препятствующее поперечному перемещению, использовано в способе, чтобы получить пространственную однородность тока и ионизированного газа объемных разрядов и недопустить появление неоднородностей и, следовательно, предотвратить дальнейший переход разрядов в неоднородные формы.

Для получения магнитного поля используется шина, имеющая малую индуктивность и проходящая вблизи объема, занятого разрядом с одной из его сторон. Такая шина или шинопровод способны пропускать электрический ток большой величины, который создает магнитное поле однородное в ограниченном небольшом объеме, в котором находится разрядный промежуток. Шина имеет форму поперечного сечения, обеспечивающую коллинеарность магнитного поля электрическому полю в объеме, заполненном газовым разрядом.

Предложенный способ показан следующим примером.

Фиг.1 иллюстрирует предлагаемый способ. Газовый разряд, занимающий объем 1, происходит между двумя электропроводящими плоскими электродами 2, через которые течет ток I. Вблизи электродов и разрядного объема расположена электропроводящая шина 3, по которой течет ток I, создающий магнитное поле, показанное силовыми линиями 4. Металлические электроды разряда имеют длину l=30 мм, ширину b=6 мм и R=1 мм. Расстояние между электродами h=4 мм. Электрическое поле между электродами в разряде показано силовыми линиями поля 5. Разряд производится в открытой атмосфере. Металлическая шина шириной H=20 мм и длиной L=33 мм расположена на расстоянии d=18 мм от электродов. Объемный разряд между электродами создается предварительной ионизацией газа излучением шести воздушных разрядников и последующим приложением к электродам импульса высокой разности потенциалов. Однородность объемного разряда достигалась посредством пропускания тока в системе предыонизации, и затем тока в разряде I по шине 3. Силовые линии 4 магнитного поля тока шины совпадают в каждой точке пространства с силовыми линиями электрического поля 5 в объемном газовом разряде, поэтому электрическое и магнитное поля коллинеарны, что делает невозможным появление электрических токов поперек электрического поля. Это обеспечивает однородность тока в разряде и ионизированного газа в объеме разряда.

Предложенный способ может найти применение для создания газовых разрядников, газовых лазеров, устройств для управления оптическим и радиоизлучениями.

Способ получения однородности газового разряда, включающий наложение на разряд магнитного поля, отличающийся тем, что на разряд накладывается магнитное поле, направленное коллинеарно электрическому полю в разряде, причем магнитное поле создают электропроводящей шиной, расположенной вблизи объема, с газовым разрядом.