Реализация положительно заряженной структуры в тлеющем разряде с полым катодом

Глава 2

Реализация положительно заряженной структуры в тлеющем разряде с полым катодом.

Введение

Несмотря на большое число экспериментальных исследований разряда с полым катодом, взаимосвязь между характеристиками разряда и условиями движения частиц к началу данной работы оставалась невыясненной. Не было достигнуто единого мнения даже по такому принципиальному вопросу как  механизм погасания разряда при уменьшении давления Р ниже некоторого критического значения Р_cr. По мнению Метеля нарушение самостоятельности разряда при низких давлениях связано с потерями быстрых частиц, вносящих основной вклад в ионизацию, через выходную апертуру полости [10]. В работе Ткаченко [15]  также указывается на определяющий вклад в ионизацию быстрых частиц, но высказывается мнение, что потери этих частиц через выходное отверстие катодной трубки существенны лишь при небольшой длине катода, а в длинных трубках погасание разряда обусловлено потерями быстрых частиц на стенках самой полости, так как частицы, выходя из катода, имеют некоторую энергию и пролетев через полость без столкновений могут поглотиться противолежащим участком поверхности катода. Поскольку расширение рабочего диапазона давлений газоразрядных систем в сторону понижения является актуальной задачей, то выявление механизма погасания разряда, а также того, каким образом на величину Р_cr влияет геометрия разрядной системы, представляет определенный интерес.

В настоящей главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований условий реализации сильноточной формы тлеющего разряда с полым катодом. В параграфе 2.1. представлены результаты экспериментального исследования характеристик разряда с полым катодом. В параграфе 2.2. представлена модель разряда, позволяющая объяснить выявленные в эксперименте особенности. В параграфе 2.3. обсуждается специфика горения разряда в длинных катодных трубках.

2.1.  Схема и результаты эксперимента

В эксперименте изучались два варианта тлеющего разряда с полым катодом, когда анод выполнен в форме диска перекрывающего катодное отверстие (рис.2.1) или в виде стержня, введенного в катодную полость (рис.2.2), образованную цилиндрическим и двумя торцевыми электродами.  Длина и диаметр использовавшейся в экспериментах газоразрядной камеры составляли 8 см. Все электроды были выполнены из нержавеющей стали, за исключением стержня, выполненного из вольфрама.

Рис. 2. 1. Газоразрядная система с дисковым анодом 1

и полым катодом 2.

Рис. 2. 2. Газоразрядная система со стержневым анодом 1

и полым катодом 2.

Газ (Аргон) напускался непосредственно в газоразрядную камеру через осевое отверстие в одном из торцевых  электродов и откачивался через зазоры между цилиндрическим и торцевыми электродами. Давление менялось изменением напуска газа и измерялось ионизационным датчиком, размещенным в вакуумной камере, внутри которой устанавливается разрядная система. Были проведены оценки перепада давлений между разрядной и вакуумной камерой. Взаимосвязь между давлением в вакуумной камере р_v и давлением в разрядной камере р_d иллюстрируется cледующей таблицей.

В ходе экспериментов при заданном токе разряда измерялись зависимости U_d  от диаметра анодного диска d_а и длины анодного стержня l_а. Измерения проводились при различных давлениях вплоть до минимальных, достигнутых в экспериментах. Полученные зависимости приведены на рис. 2.3. и 2.4. При уменьшении размеров анода сначала происходит снижение напряжения горения, но после