Устройство для получения разряда постоянного тока

Устройство для получения разряда постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 10. 02,81 (21) 3244490/18-21 (Я)М» Кл.

Н 01 J 17/00 с присоединением заявки М

Ibeyaeyaease4 комктет

СССР во аолом изобретенкй и открыткЯ (23) П риорнтет (53) УДК 621. 387 (088. 8) Опубликовано 23. 10. 82. Бюллетень М 39

Дата опубликованию описания 25 .10 .82 (72) Авторы изобретения

Б.Н. Нвилкин, И.А. Савченко и Н.А. Миск

Московский ордена .Ленина, ордена Октябрьск и ордена Трудового Красного Знамени госуда университет им. M.Â. Ломоносова и Московск электротехнический институт связи (71) Заявители (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАЗРЯДА

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к изучению физических свойств вещества, в частности к газоразрядным приборам, использующим разряд постоянного тока, и может быть применено для получения плээмы»

Известно устройство для получения разряда постоянного тока, в котором между катодом и анодом, помещенными

10 в цилиндрической трубке, наполненнои газом, прикладывают постоянную раз ност ь потенциалов (1 1.

Недостатком этого устройства является то, что в плазме такого разря- 5 да в широкой области изменения ее параметров: давления газа, диаметра трубок, величины разрядного тока, образуются бегущие страФы. Они являЮ

20 ются источником шумов и колебании, которые препятствуют эффективному использованию разряда при различных важных технических применениях.

Известно устройство для получения разряда постоянного тока, содержащее разрядную трубку с находящимися внутри нее катодом и анодом, между которыми приложено постоянное напряжение. Во внешнюю цепь устройства последовательно включают источник переменной ЭДС, модулирукиций ток разряда I 2).

В последнем случае иногда удается устранить страты или уменьшить их амплитуду действием механизма асинх-: ронного подавления. Однако это подавление возможно только при наличии слабых страт, имеющих синусоидальную форму, т.е. вблизи порога их возникновения в очень узкой области изменения разрядных условий. Во всей же остальной очень широкой области разрядных условий не только не удается подавить страты, но даже не удается хоть сколь-нибудь заметно ослабить их. Кроме того, при асинхронном подавФ „(иж„М

3 9688 лений внешний генератор создает колебания плазмы положительного столба, ее параметров, разрядного тока и свечения разряда.

Целью изобретения является выравнивание параметров плазмы по длине трубки путем подавления страт и вы. е званных ими шумов и колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для получения раэря-1о да постоянного тока, содержащем разрядную трубку с расположенными внутри нее катодом и анодом, разрядная трубка выполнена конусообразной Формы, при этом минимальное значение коэф- 15 фициента изменения радиуса трубки оп"еделяется формулой скз013ЧОR где пороговое значение коэффициента пространственного усиления страт расстояние между электродами;

25 о . WEo /Щ1, КЬТ, " ав Ю,ат) E и 1о- продольное электрическое поле и температура электронов соответственно;

Н - энергия, теряемая электроном в 1 с при столкновениях;

R - радиус. конуса в его узкой час1 ти.

Более полное подавление страт будет наблюдаться, если катод располо.жен со стороны малого основания конуса.

На чертеже представлена схема устройства для получения. газового раз о ряда.

Устройство состоит из разрядной трубки конической геометрии 1, наполненной газом. Внутри трубки помещают металлические электроды: катод 2 и анод 3, между которыми прикладывают постоянную разность потенциалов от выпрямителя 4.

При экспериментальной проверке данного способа использовались полые цилиндрические катод и анод, Их диаметры .3 и 7;5 см соответственно. Расстояние между электродами составляет

34 см. Угол раствора конуса трубки около 8О. Эффект подавления страт на- 55 блюдался в неоновой -плазме во всем испытанном диапазоне давлений: от

0,.1 до 4 мм рт.ст. и разрядных токах

65 от 1 до 200 мА. Такой же эФфект обнаружен также и в других использованных трубках конусообразной формы.

При этих условиях в цилиндрических трубках с радиусами, равными радиусам самой широкой и самой узкой части конуса, устанавливаются насыщенные страты и возникают вызванные ими. шумы и колебания.

Вместо конуса могут быть реально использованы геометрии типа круговой или конической бочек, реализующие плавное изменение ширины разрядного канала.

"Наблюдаемый эффект подавления страт можно объяснить следующим образом. В трубке конической формы в принципе также могли бы возбуждаться страты с длинами от .„ до, непрерывно меняющимися в соответствии с законом подобия, так что Л„/R„= ä lg« где Л - длина страты в трубке радиуса R„, Р-а.- длина страты в трубке радиуса R, что привело бы к возбуждению шума с непрерывным спектром частот. При этом частота страт в трубе конической Формы могла бы приниматt

Ьначения от f< до, где f„R х

В трубках конической Формы по мере непрерывного изменения радиуса сечения конуса условия образования страт и их собственная частота в аксиальном направлении непрерывно меняются от точки к точке. Эти изменения происходят на столь малой длине, что условия усиления страт, необходимые для их развития, перестают выполняться. Это и объясняет эффект подавления страт в трубках конусообразной Формы.

Пример.. Согласно современным теоретическим представлениям, подтвержденным экспериментом, для развития зародившейся у катода страты необходимо существование такой области положительного столба длиной Ь „;„ на которой амплитуда страты возросла бы в Ю раэ, т.е. А1/А =- " Й, где

А - амплитуда страты у катода, Аьамплитуда страты на расстоянииЬщ„ „=

1/9 от него, Q и Фв - пространственный коэффициент усиления и его пороговое значение. Возбуждение страт в ограниченном положительном столбе начинается при Ч >i 9< . Пороговое значение безразмерного коэффициента пространственного усиления страт можно оценить в соответствии с

0 е 1 о " а 1Е + — —

968365 з = — —" »

Е десь 2yTo > т

/ и Т - продольное электрическое поле и электронная теипература (в эВ ) соответственно, Ь - длина трубки, 5

4,8 жто

Ж= - Е - безразмерное волновое

То /3И,1 число, Ьо= — (1, где Н - энергия, Иц То теряемая электроном в 1 с при столкно10 вениях. Индекс 0 соответствует стационарному состоянию столба (без страт}

Соответствующие оценки для йе при данных разрядных условиях: р =

= 1 мм рт.ст., К = 1,75 см, Ь =

= 34 см дают "г „= 0,47, т.е. обычный коэффициент пространственного усиления страт о, наблюдаемых в цилиндри ческой трубке радиуса R q, равен 0,2, так как., 2,4 то

Ео (1а)

Условия возбуждения страт могут заметно изменяться при изменении радиуса трубки на минимальной длине, необходимой для развития страт, по крайней мере, на 304. Тогда можно по" лучить условие, определяющее минимальный коэффициент изменения радиуса трубки вдоль оси 4. Действительно, закон изменения радиуса вдоль оси с ° расстоянием Ж от катода имеет вид:

R = 8<, где Рл — радиус трубки у катода.

Зй

Обозначим величину радиуса трубки на расстоянии Ь „„,рт катода через R,g.

Тогда g,ä /g.„ == 1,3, что приводит к соотношению:

d./ Ч оR = 0,3 или - =O,3Чо „, где Чо определяется дюрмулами (1 ) и (1а).

Таким образом, линейный коэффици-! ент изменения радиуса трубки вдоль оси

d. -" 0,39 p„, что при данных условиях составляет с(Ъ 0,1. КоэФфициент же изменения радиуса трубки в данном устройстве со30 ставляет 0,07, т.е. близок к вычисленному по формулам (1), (2) теоретически.

В случае, когда катод расположен в более широкой части конической труб. ки, страты не возникают самопроизвольно, а воз6уждаются искусственно интенсивными коле6аниями головы положи" тельного столба на низкой частоте, заключенной внутри области частот резонансного возбуждения страт. Эти колебания стимулируют возбуждение искусственных страт, которые в условиях изменяоцегося радиуса трубки меняют длину свою и затухают.

Когда же катод. располагается в узкой части конической трубки, частота колебаний головы столба оказывается значительно большей, чем собственные частоты страт, поэтому в данном случае не возбуждаются даже искусственные страты. Заметим, что страты не возникают в этом случае и при возбуждении их внешним генератором ни при ка- ких частотах воздействия. Это связано с тем, что прохождение к аноду возбуждаемых у катода коротких страт по расширяющемуся каналу разряда затруднено.

Таким образом, предложенное устройство для получения разряда постоянного тока обеспечивает возможность осуществления разряда, при котором удается подавить полностью или уменьшить амплитуду страт, а также подавить или уменьшить уровень вызванных ими шумов и колебаний. Его можно использовать в различных газоразрядных устройствах, например в люминесцентных лампах. При использовании в активных элементах оптического квантового .генератора он позволяет также влиять на условия генерации ОКГ, на величину мощности генерации. Способ прост в осуществлении.

Формула изобретения

1. Устройство для получения разряда постоянного тока, содержащее разрядную трубку с расположенными внутри нее катодом и анодом, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью выравнивания параметров плазмы по длине трубки путем подавления страт и вызванных ими шумов и колебаний, разрядная трубка выполнена конусообразной Формы, при этом минимальное значение коэффициента изменения радиуса трубки определяется Формулой

0 з О, 3 Ч О f l л,, где пороговое значение коэффициента пространственного усиления страт

968865 8

L - расстояние между электрода- 2. Устройство по и, 1, о т л ими; ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

Ие /24Т ) более полного подавления страт, ка - о J / 4 тод расположен со стороны малого

М

48% Но (3T jî s основания конуса.

E и Т " продольное электрическое

d поле и температура электро- Источники информации, нов соответственно; . принятые во внимание при экспертизе

Н ". энергия, теряемая электро" ном в 1 с при столкновени- 1В 1. Недоспасов А.В. УФН, 94 ях; вып. 3, 1968, 439.

1 .1- радиус конуса в его узкой 2,. Ohe К., Takeda .". Bet trage части. Plasmaphys, 14, 55, 1974.

Составитель В. Жаков

Редактор С. Пыжова Техред Т. Иаточкд Корректор И. Коста

Заказ 8185/79 Тираж 7 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4