Исследование нормального тлеющего разряда

Внедрение: 2017 г.

Явление нормального тлеющего разряда (normal glow discharge) было открыто около 100 лет назад и до настоящего времени является важным объектом фундаментальной физики. В статье [1] представлены исследования спектральных характеристик нормального тлеющего разряда, выполненные на новой экспериментальной установке. Схема нормального тлеющего разряда показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема нормального тлеющего разряда. Ε – ЭДС источника питания; R₀ – сопротивление внешней электрической цепи.

Установка показана на рисунке 2. Она включает в себя цилиндрическую вакуумную камеру. Эта камера установлена на лабораторном столе вместе с ёмкостным датчиком (баратроном) и датчиком давления Vacom для контроля уровня разрежения. Спектрограф установлен перед окном для регистрации спектров эмиссии разряда. Вакуумный насос и трубы подачи газа соединены с камерой через систему клапанов. Высоковольтный источник питания установлен под лабораторным столом.

Для стабилизации местоположения исследуемого канала тока нормального тлеющего разряда используются слегка выпуклые электроды (рисунок 3).

Рисунок 2. Экспериментальная установка нормального тлеющего разряда.	Рисунок 3. Газоразрядные электроды диаметром 100 мм для создания нормального тлеющего разряда. Диаметр смотрового окна составляет 320 мм.

На рисунке 4 приведена схема экспериментальной установки. Лазерное устройство и спектрограф с коллимирующей линзой могут перемещаться параллельно относительно разрядного промежутка. Для регистрации спектров эмиссии разряда используется спектрограф Horiba CP140‑1824 со стробированной линией CCD Hamamatsu S11156‑2048 спектрального разрешения 1,25 нм. Регистрация спектров проводилась в диапазоне 374‑1000 нм.

Рисунок 4. Схема установки нормального тлеющего разряда (функцию 4‑канального Digital Ocsilloscope выполняет модуль АЦП E20‑10).

Для измерения временного поведения разряда используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) Hamamatsu R1547. Ток и напряжение разряда, сигналы от фотоумножителя и датчика Баратрона преобразуются АЦП E20‑10 и поступают на компьютер. 

Примеры форм разряда в квазипериодическом режиме в аргоне и гелии показаны на рисунке 5.

Рисунок 5. Фотографии разряда в аргоне при давлении 5 торр (а); 1 торр (b); в гелии при 5 торр (с); 1 торр (d).

Эксперименты, проведенные на установке нормального тлеющего разряда при постоянном давлении, позволили установить существование нормальных режимов тлеющего разряда. Разряды были получены в различных газах (азот, аргон, гелий и воздух). Исследованы квазипериодические моды тлеющего разряда. Авторы предполагают использование установки для проведения дальнейших исследований.

Представленное исследование было поддержано проектом Российского научного фонда № 16‑11‑10275.

Источник:
M.A. Kotov et al 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 815 012006

Разработчик: Котов М.А., Козлов П.В., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. (ИПМех РАН), Товстоног В.А. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Москва