Фортов В.Е. (редактор) Энциклопедия низкотемпературной плазмы, том 02, Разделы 04-05

Подождите немного. Документ загружается.

180 Раздел IV ГЕНЕРАЦИЯ ПЛАЗМЫ И ГАЗОВЫЕ РАЗРЯДЫ

тером процесса. В двумерных расчетах проявилась возмож-

ность возникновения вихрей в нагретом газе за областью

энерговыделения (рис. IV 6.26, IV.6 27), на что имеются и

экспериментальные указания. Как показало численное мо-

делирование, с учетом действия силы тяжести, при горе-

нии НОР в замкнутом объеме, как обычно при наличии

теплового источника, возникают крупномасштабные вихре-

вые конвективные течения. Об этом также свидетельствует

эксперимент.

Оптический плазмотрон как ракетный двигатель Та-

кой проект разрабатывался в США, и на эту тему име-

ется много публикации. НОР привлекает своей высокой

температурой. В сочетании с использованием легчайшего

газа — водорода это позволяет получить исключительно

большие скорости v истечения плазмы при расширении че-

рез сопло и высокие удельные импульсы I = v/g (g —

ускорение силы тяжести). Принципиальная схема двига

теля близка к тому, что изображено на рис. IV.6 23, луч

СОг-лазера фокусируется вблизи горла сопла. Например

при Ро = 5 МВт и радиусе луча 2,1 см интенсивность

S яз 300 кВт/см

. При давлении 30 атм в потоке хо

лодного водорода в НОР достигается температура 19 кК

Скорость потока 2—8 м/с. Длина поглощения излучения

2 — 3 см, скорость в горле сопла радиусом 1 см 15 км/с До-

стигаются удельные импульсы I = 1400—2400 с при исте

чении в атмосферу и 4300—4700 с при истечении в вакуум

Даже лучшие сорта химического топлива дают удельные

импульсы на порядок меньше. Проект заманчивый, но фан-

тастический. Он упоминается здесь, чтобы продемонстри-

ровать возможности, которые открывает освоение оптиче-

ских разрядов.

IV.7. ЯВЛЕНИЯ ПРОБОЙНОГО ХАРАКТЕРА

СОДЕРЖАНИЕ

IV 7 1 Объемный и поверхностный пробой диэлектриков 180

1 Пробой газов (180) 2 Вакуумный пробои (190)

3 Пробой жидких диэлектриков (193) 4 Пробой твердых

диэлектриков (197) 5 Пробои на границе раздела сред

(201)

IV 7 2 Стримерно-лидерные процессы в искровом разряде и молния 204

1 Общие представления (204) 2 Длинный стример (205)

3 Природа лидерного процесса (211) 4 Стримерная

зона и чехол лидера (214) 5 Лидерный канал (214)

6 Отрицательный ступенчатый лидер (215) 7 Пробой и

электрическая прочность длинных воздушных промежутков

(216) 8 Молния (217)

IV 7 3 Высокоскоростные волны ионизации большой амплитуды в

длинных трубках 225

Введение (225) 1 Схема экспериментального исследова-

ния ВВИ (226) 2 Скорость ВВИ (226) 3 Структура

ВВИ (228) 4 Высокоэнергетичные электроны (229)

5 Электродинамические и энергетические свойства ВВИ

(230) 6 Излучение ВВИ (232) 7 Теоретические модели

ВВИ (232) 8 Применение ВВИ (233)

IV 7 4 Направляемые лазером электрические разряды 234

Введение (234) 1 Воздействия лазера на газ и возможность

управления траекторией электрического разряда (234) 2 HP

вдоль ДЛИ с изолированными плазменными очагами опти-

ческого пробоя (235) 3 HP вдоль ДЛИ с высокой плотно-

стью очагов оптического пробоя (237) 4 Высокоскоростные

волны ионизации в HP (238) 5 Создание направляемых раз-

рядов со сложной траекторией (240) 6 Применение HP

(240)

IV 7 5 Электрические разряды в парогазовой среде с нетрадицион-

ными электродами (электролиты) 241

Введение (241) 1 Электрический разряд в газе между твер-

дым и жидким электродами (242) 2 Разряды переменного

тока с жидкими электродами (244) 3 Применение разрядов

с нетрадиционными электродами (245)

IV 7 6 Импульсные объемные разряды в газах высокого давления 246

Введение (246) 1 Общие закономерности импульс-

ного пробоя перенапряженных промежутков (247)

2 Самостоятельные объемные разряды (252) 3 Объемный

разряд с внешней ионизацией газа пучком быстрых

электронов (256) 4 Контракция импульсных объемных

разрядов (261) 5 Объемный разряд в смесях благородных

газов с галогенидами (268)

IV 7 7 Коронный разряд в газах 273

1 Определение коронного разряда Виды коронного разряда

(273) 2 Корона при постоянном напряжении (274)

3 Корона при переменном напряжении (275) 4 Анализ

внешних характеристик униполярного коронного разряда

(276) 5 Корона при импульсном напряжении (277)

6 Специальные формы коронного разряда (278)

1V.7.1. Объемный и поверхностный пробой диэлек-

триков

/. Пробой газов. 1.1. Электронные лавины и таун-

сендовский пробой. Как известно, ионизация газа в посто-

янном (квазистационарном) _Е-поле происходит в основном

электронным ударом (е + А —> е + е' + А*), размноже-

ние электронов (генерация электронных лавин) приводит

к появлению конечной проводимости газа, т е. к пробою

Явление имеет пороговый характер и происходит при пре

вышении характерного значения Е над пороговым Е", за

висящим от рода и плотности газа, геометрии РП и др

что связано с резкой зависимостью скорости столкнови-

тельной ионизации от энергии электрона Если обьемный

заряд, образованный электронной лавиной, слабо искажает

внешнее .Е-поле (что характерно для малых концентрации

газа, коротких промежутков и Е ^ Е*), то реализуется

таунсендовский механизм пробоя.

При повышенной концентрации зарядов происходит ло-

кальное усиление напряженности поля. Пробой приобре

тает характер распространения волны ионизации, скорое 1Ь

которой превышает дрейфовую скорость электронов, —

происходит переход к стримерному пробою.

При пробое длинных газовых промежутков суммарный

ток многочисленных стримеров формирует удлиняющийся

со временем высокопроводящии канал, что меняет дина-

мику пробойных явлений и приводит к лидерному пробою

При таунсендовском пробое первичный, «затравочный»

электрон набирает в Е-иоле энергию между столкновени-

ями и расходует ее на возбуждение, нагрев и ионизацию

атомов (молекул) газа При этом происходят размножение

и дрейфовое смещение электронов в направлении действия

электростатической силы (от катода к аноду) с формиро-

ванием ионного облака по пути лавины, медленно дрейфу

ющего к катоду. В результате ион-электронной эмиссии

фотоионизации, фотоэмиссии, ассоциативной ионизации и

других элементарных процессов, сопровождающих релак

сацию, образуются новые, «вторичные» электроны, иници-

ирующие новые лавины (размножение лавин), что приводит

к росту средней СИ и электропроводности газового объема,

т.е. к пробою.

Ниже рассмотрены механизмы появления первичных

электронов, закономерности лавинообразного размножения