Способ объемного возбуждения газа

Способ объемного возбуждения газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п654998

Союз Соеотских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.03.77 (21) 2471980/18-25 с присоединением заявки № (51) М. К..

Н 013 3/09 ро лелем иееб„ет,иий- (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень № 12 (53) УДК 621.375.8 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (72) Авторы изобретения

Э. И. Асиновский, Л. М. Василяк, А. В. Кириллин и В. В. Марковец

Институт высоких температур АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБЪЕМНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ГАЗА

ГосУлаРстееиHhlN комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании газовых лазеров, например импульсных лазеров на самоограниченных переходах.

Известны способы объемного возбуждения газа, которые основаны на предварительной ионизации разрядного промежутка с газом, подлежащим возбуждению, и последующим наложением на него высоковольтного электрического импульса (1).

Эти способы не позволяют возбуждать газ за время, меньшее времени развития разряда при многоэлектронном инициировании. 15

Известен также способ объемного возбуждения газа, включающий предварительную ионизацию газа в разрядном промежутке и подачу на него высоковольтного наносекундного импульса положительной 20 полярности 2).

Недостатками известного способа являются низкая однородность и сравнительно большое время объемного возбуждения газа. 25

Цель изобретения состоит в уменьшении времени объемного возбуждения газа и повышения однородности возбуждения.

Указанная цель достигается тем, что ионизацию газа и последующую подачу на 30 него высоковольтного наносекундного импульса осуществляют таким образом, чтобы отношение периода ленгмюровских колебаний плазмы к длительности переднего фронта наносекундного импульса оставалось в пределах 0,1 — 10.

В этих условиях возникает и распространяется через разрядный промежуток электрическая волна ионизации. Прохождение через газ волны ионизации сопровождается возбуждением этого газа в объеме, которое происходит за время меньшее, чем время развития разряда в известном способе. Это обусловлено в первую очередь тем, что электроны во фронте волны ионизации под действием электрического поля набирают высокие энерппо и скорость. Быстрые электроны осуществляют ударную понизацию молекул газа, набирая энергию в ускоряющем электрическом поле.

Возникновение указанного механизма объемного возбуждения газа электрической волной ионизации осуществляется только в том случае, когда отношение периода ленгмюровских колебаний к длительности переднего фронта наносекундного импульса поддерживают в пределах 0,1 — 10. В случае если отношение больше, чем 10, то градиент потенциала во фронте волны ионизации становится слишком малым, чтобы б54998

1О

25 зо

50 происходила быстрая ионизация и объемное возбуждение газа.

В случае, если указанное отношение меньше чем 0,1, то проводимость плазмы становится сравнительно высокой. Прп частоте ленгмюровских колебаний ор больших характерных частот а подаваемого импульса (указанное отношение о/ар(0,1) плазма экранирует электрическое поле наносекундного импульса в промежутке между электродами. Это затрудняет формирование волны ионизации и, следовательно, ухудшает однородность и увеличивает время объемного возбуждения газа.

Таким образом, оптимальные условия возникновения электрической волны ионизации, следовательно, объемного возбуждения газа лежат в пределах отношения

0)/(вр = О, 1 — 1 О.

Описываемый способ может быть реализован в устройстве, схема которого предста вл ен а н а чертеже.

Устройство содержит камеру 1, выполненную из диэлектрического материала (стекла) и имеющую форму цилиндра (диаметр 2 см, длина 15 см). Внутри камеры 1 расположен разрядный промежуток 2, ограничиваемый электродами 3. Устройство

4 предназначено для заполнения камеры

1 и разрядного промежутка 2 газом. Устройство 5 предназначено для предварительной ионизации газа и представляет собой, например, источник питания тлеющего разряда. Выход генератора 6 высоковольтных наносекундных импульсов подключен к одному из электродов 3. Другой электрод разрядного промежутка подсоединен к земле.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С помощью устройства 4 камеру 1 заполняют газом, например гелием, при давлении 20 мм рт. ст. Затем осуществляют предварительную ионизацию гелия в разрядном промежутке 2 посредством устройства 5. После этого подают на разрядный промежуток 2 от генератора 6 высоковольтный наносекундный импульс 3,2 кВ и длительностью 8 нс на электрод 3. При этом степень предварительной ионизации и длительность переднего фронта наносекундного импульса изменяют, поддерживания отношение периода ленгмюровских колебаний к длительности переднего фронта наносекундного импульса в пределах 0,1 — 10, В разрядном промежутке 2 осуществляется ударная ионизация и объемное возбуждение гелия.

Время объемного возбуждения газа составляет в указанных условиях около 3 нс, что значительно меньше времени возбуждения по известному способу (-12 нс), а однородность объемного возбуждения газа в разрядном промежутке существенно выше, что оценивалось по равномерности свечения различных точек разрядного промежутка.

Использование способа по изобретению обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: возможность объемного возбуждения газа за время значительно меньшее, чем в известных способах, воспроизводимость процесса возбуждения от импульса к импульсу и однородность возбуждения газа. Это позволяет, в частности, увеличить КПД импульсных лазеров на самоограниченных переходах, а также создавать новые типы импульсных устройств: лазеров, коммутаторов и источников света.

Формула изобретения

Способ объемного возбуждения газа путем его ионизации в разрядном промежутке и последующей подачи на него высоковольтного наносекундного импульса положительной полярности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени объемного возбуждения газа и повышения однородности возбуждения, ионизацию газа и последующую подачу на него высоковольтного наносекундного импульса осуществляют таким образом, чтобы отношение периода ленгмюровских колебаний плазмы к длительности переднего фронта наносекундного импульса оставалось в пределах

0,1 — 10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3662284, кл. 331-94.5, опубл. 1973, 2. Асиновский Э. И. и др. Реакция слабоионизованной плазмы на высоковольтный наносекундный импульс — теплофизика высоких температур, 1975, т. 13, № 6, с. 1284 — 1282.

654998

Составитель Т. Москалева

Редактор А. Купрякова Техред А. Камышникова Корректор Т. Добровольская

Заказ 1050/2 Изд. Ко 231 Тираж 922 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2