И.Н. Егоршин, С.А. Иванов
Руководитель: к.ф.-м.н., доцент А.А. Жуков
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЕМКОСТНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА В АРГОНЕ
Проведены экспериментальные исследования емкостного высокочастотного разряда (ЕВЧР) в аргоне методами измерения квазистационарного тока и спектрофотометрии, разработанными на кафедре физики ДВГГУ. Давление аргона было 2,5 Тора в неоднородном разрядном промежутке: плоскость-спираль. Определена величина квазистационарного напряжения на разделительном конденсаторе ЕВЧР, которая оказалась равной примерно 12 вольт. Сфотографирован и оцифрован в единицах длин волн спектр аргона, полученный в ЕВЧР в данных условиях.
Происходящее в настоящее время интенсивное развитие плазменных технологий требует создания новых эффективных газоразрядных источников плазмы. В современной физике газового разряда наибольший интерес с научной и прикладной точек зрения вызывают высокочастотные разряды низкого давления, в частности, емкостной ВЧ разряд (ЕВЧР). Важнейшим элементом физического механизма последнего являются приэлектродные скачки квазистационарного потенциала U, формирующие электронные пучки, которые создают сильно неравновесную плазму с электронным энергетическим спектром, обогащенным высокоэнергичными электронами [1,3]. Дополнительные преимущества при сравнимых физических параметрах имеет ассиметричный ЕВЧР. Существует эффективный бесконтактный метод диагностики параметров приэлектродных слоев пространственного заряда (ПСПЗ) и приэлектродной плазмы ЕВЧР [6]. Он разработан на кафедре электроники МГУ под руководством Савинова В.П., Александрова А.Ф., Якунина В.Г. и др. [1,7]. Тем не менее, необходимо продолжать разработку методов диагностики ВЧ разрядов, отличающихся как информативностью, так и достаточной помехоустойчивостью в условиях интенсивных электромагнитных наводок.
Целью нашей работы явилось исследование возможности модификации упомянутого ранее бесконтактного метода с помощью замены процедуры измерения квазистационарного напряжения более помехоустойчивым измерением квазистационарного тока в электрической цепи диагностической схемы [2].
Целью настоящих исследований было изучение емкостного высокочастотного разряда в аргоне в промежутке с электродами сложной формы. При создании газоразрядной трубки мы столкнулись с определёнными трудностями, которые удалось обойти путем использования в качестве газоразрядного промежутка газотрона ВГ-176 промышленного производства, который наиболее близок по параметрам к газоразрядной трубке с электродами сложной формы.
1. Проверка величины давления аргона внутри газотрона.
Была проведена проверка величины давления газа внутри газотрона ВГ-176 с помощью использования закона Пашена. Для этого газотрон подключался к источнику постоянного тока по схеме (рис 1) и отмечалось минимальное напряжение зажигания аргона в газотроне вольтметром V, которое оказалось равным 220 В. При этом расстояние между двумя наиболее близко расположенными электродами внутри газотрона (ленточные электроды, повернутые плоскими частями друг к другу) было 4 мм. В этом месте всегда начиналось зажигание тлеющего разряда.
Рис 1. Определение напряжения зажигания аргона в газотроне
Кривая Пашена для аргона была взята из работы [8] и она показана на рисунке 2.
|
Оказалось,
что найденное напряжение соответствует минимальному значению напряжения на
кривой Пашена. Отсюда получено значение P=
2,5 Тора. Изображение использованного газотрона ВГ-176 показано на рисунке 3.
Рис №3: Газотрон ВГ-176:
1 — катод (спираль),
2 — аноды (плоские электроды),
3 — выводы анодов,
4 — выводы нити накала (катода),
5 — инертный газ (аргон),
6 — стеклянная колба.
2. Измерения квазистационарного тока в аргоне.
Схема измерения квазистационарного тока приведена на рисунке 4.
Рис №4 Электрическая схема экспериментальной установки
Источник ВЧ мощности Г состоял из задающего генератора типа Г3-41 и усилителя мощности, выполненного на радиолампе ГУ-80 по схеме параллельного питания. Использовалась рабочая частота 4 МГц. Выходное напряжение измерялось вольтметром типа С-50 и могло изменяться в пределах до 1 кв.
В качестве разрядного промежутка был выбран промежуток между катодом (1) спиральной формы и одним из плоских анодов (2), расстояние между которыми составляет 10 мм. Сопротивление R в ходе эксперимента принимало значения R=12; 56; 100; 150; 510; 750 кОм; 1; 1,5; 3; 6; 10 МОм.
ВЧ напряжение от генератора Г подавалось на плоский электрод газотрона. В газотроне возникал ВЧ разряд[4]. При этом микроамперметр µА1 измерял квазистационарный ток I, обусловленный квазистационарным напряжением на разделительном конденсаторе С0.
Ток от фотоэлемента Ф.Э. по ходу измерений поддерживался постоянным, чтобы обеспечить одинаковую интенсивность света при всех измерениях.
3. Получение спектра излучения ЕВЧР в аргоне и распределения относительной интенсивности спектральных линий.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.