Столкновение двух плазменных диффузных струй с одинаковой и разной полярностью фронта при давлении воздуха 1 Торр

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В воздухе при давлении 1 торр исследован режим столкновения плазменных диффузных струй (ПДС), состоящих из стримеров красного цвета. ПДС формировались с частотой посылок импульсов напряжения 21 кГц в кварцевой трубке, стартуя от плазмы емкостного разряда, создаваемой импульсами напряжения положительной и отрицательной полярности. Установлено, что при одинаковой полярности импульсов напряжения встречные ПДС в воздухе подавляют излучение друг друга на 2+ и 1+ системах молекулярного азота. Показано, что при разной полярности импульсов напряжения интенсивность свечения в области встречи ПДС существенно увеличивается. Приведены данные о влиянии задержек между включением генераторов различной полярности на спектры излучения ПДС. Установлено, что при увеличении относительной влажности воздуха в спектре излучения появляются линия атомарного водорода Ha, а также полосы молекул гидроксила OH и OH+, спектральная плотность энергии излучения которых соизмерима с плотностью энергии излучения полос второй положительной (2+) системы молекулярного азота.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Ф. Тарасенко

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: VFT@loi.hcei.tsc.ru
Россия, Томск

Н. П. Виноградов

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: VFT@loi.hcei.tsc.ru
Россия, Томск

Е. Х. Бакшт

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: VFT@loi.hcei.tsc.ru
Россия, Томск

Д. С. Печеницин

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: VFT@loi.hcei.tsc.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Vasilyak L.M., Kostyuchenko S.V., Kudryavtsev N.N., Filyugin I.V. // Phys. Usp. 1994. V. 37. No. 3. P. 247. doi: 10.1070/PU1994v037n03ABEH000011
  2. Ionikh Y.Z. // Plasma Physics Reports. 2020. V. 46. P. 1015. doi: 10.1134/S1063780X20100049
  3. Lagarkov A.N., Rutkevich I.M. Ionization Waves in Electrical Breakdown of Gases. New York: Springer Verlag, 1994.
  4. Василяк Л.М., Асиновский Э.И., Самойлов И.С. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Кн. II / Под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука, 2000. С. 225.
  5. Anikin N.B., Zavialova N.A., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Y. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2008. V. 36. No. 4. P. 902. doi: 10.1109/TPS.2008.924504
  6. Huang B., Zhang C., Qiu J., Zhang X., Ding Y., Shao T. // Plasma Sourc. Sci. and Technnol. 2019. V. 28. No. 9. P. 095001. doi: 10.1088/1361-6595/ab3939
  7. Asinovsky E.I., Lagarkov A.N., Markovets V.V., Rutkevich I.M. // Plasma Sourc. Sci. and Technnol. 1994. V. 3. № 4. P. 556.
  8. Xiong Z., Robert E., Sarron V., Pouvesle J.M. and Kushner M.J., 2012. // J. of Physics D: Applied Physics. V. 45. No. 27. P. 275201. doi: 10.1088/0022-3727/45/27/275201
  9. Shishpanov A.I., Ivanov D.O., Kalinin S.A. // Plasma Research Express. 2019. V. 1. № 2. P. 025004. doi: 10.1088/2516-1067/ab1b8d
  10. Tarasenko V., Vinogradov N., Baksht E., Sorokin D. // J. Atmospheric Science Research. 2022. V. 5. Iss. 3. P. 26. doi: 10.30564/jasr.v5i3.4858
  11. Tarasenko V.F., Baksht E.Kh., Vinogradov N.P., Sorokin D.A. // Optics and Spectroscopy. 2022. V. 130. № 12. P. 1490–1507. doi: 10.21883/EOS.2022.12.55234.4014-22
  12. Tarasenko V.F., Baksht E.Kh., Panarin V.A., Vinogradov N.P. // Plasma Physics Reports. 2023. V. 49. № 6. P. 786. doi: 10.1134/S1063780X23700393
  13. Sorokin D.A., Tarasenko V.F., Baksht E.Kh. et al. // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. Art. no. 083515. doi: 10.1063/5.0153509
  14. Luque A. // J. of Geophysical Research: Atmospheres. 2017. 122. № 19. P. 10, 497. https://doi.org/10.1002/2017JD027157
  15. Köhn C., Chanrion O., Neubert T. // J. Geophysical Research: Space Physics. 2019. V. 124. № 4. P. 3083. https://doi.org/10.1029/2018JA025972
  16. Stenbaek‐Nielsen H.C., McHarg M.G., Haaland R., Luque A. // J. of Geophysical Research: Atmospheres. 2020. V. 125. P. e2020JD033170. https://doi.org/10.1029/2020JD033170
  17. Garnung M.B., Celestin S., Farges T. // J. Geophysical Research: Space Physics. 2021. V. 126. № 6. P. e2020JA028824. https://doi.org/10.1029/2020JA028824
  18. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001. 320 с.
  19. Bogatov N.A., Syssoev V.S., Sukharevsky D.I., Orlov A.I., Rakov V.A., Mareev E.A. // J. of Geophysical Research: Atmospheres. 2022. V. 127. P. e2021JD035870. https://doi.org/10.1029/2021JD035870
  20. March V., Montanyа J. // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37. P. L19801. https://doi.org/10.1029/2010GL044543
  21. Dwyer J.R., Uman M.A. // Physics Reports. 2014. V. 534. № 4. P. 147. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2013.09.004
  22. Kochkin P.O., van Deursen A.P.J., Ebert U. // J. Physics D.: Applied Physics. 2015. V. 48. P. 025205. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/2/025205
  23. Da Silva C.L., Millan R.M., McGaw D.G., Yu C.T., Putter A.S., LaBelle J., Dwyer J. // Geophysical Research Letters. 2017. V. 44. No. 11. P. 174. https://doi.org/10.1002/2017GL075262
  24. Panchenko A.N., Sorokin D.A., Tarasenko V.F. // Progress in Quantum Electronics. 2021. V. 76. P. 100314. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2020.100314
  25. Beloplotov D.V., Tarasenko V.F., Shklyaev V.A., Sorokin D.A. // J. of Physics D: Applied Physics. 2021. V. 54. No. 30. P. 304001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abfddc
  26. Nijdam S., Teunissen J., Ebert U. // Plasma Sourc. Sci. and Technnol. 2020. V. 29. № 10. P. 103001. doi: 10.1088/1361-6595/abaa05
  27. Stenbaek-Nielsen H.C., Kanmae T., McHarg M.G., Haaland R. // Surv. Geophys. 2013. V. 34. P. 769. https://doi.org/10.1088/1361-6595/abaa05
  28. Raether H. Electron Avalanches and Breakdown in Gases. London: Butterworths, 1964.
  29. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Интеллект, 2009. 736 с.
  30. Starikovskiy A.Yu, Aleksandrov N.L., Shneider M.N. // J. Applied Physics. 2021. V. 129. P. 063301. https://doi.org/10.1063/5.0037669
  31. Babaeva N.Yu., Naidis G.V. // J. Physics D.: Applied Physics 2021. V. 54. P. 223002. https//doi.org/10.1088/1361-6463/abe9e0

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки для изучения столкновений ПДС, инициируемых емкостным разрядом, которые имели фронт как одинаковой полярности, так и противоположной. 1 — трубка из кварца; 2 — высоковольтный электрод, соединенный с генератором U1 и делителем напряжения (R2–R3); 3 — электрод, заземленный через шунт R1 и соединенный с генератором U1; 4 — электрод, заземленный через шунт R1* и соединенный с генератором U2; 5 — высоковольтный электрод, соединенный с генератором U2 и делителем напряжения (R4–R5)

Скачать (104KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Импульсы тока и напряжения при включении двух генераторов отрицательной (U1) и положительной (U2) полярности без задержки между импульсами напряжения (а), с задержками ≈ 1.25 (б) и ≈ 1.85 мкс (в), а также при включении одного генератора U1. Давление воздуха p = 1 Торр, частота следования импульсов f = 21 кГц. |U1| ≈ |U2| ≈ 7 кВ

Скачать (338KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фотографии ПДС (см. соответствующие осциллограммы для них на рис. 2а), которые приведены после коррекции яркости и контраста изображения (а) и без коррекции (б), а также фотография ПДС без коррекции изображения, которая получена при включении одного генератора U2 с положительной полярностью (в). Обозначения 1–5 соответствуют подписи к рис. 1. 6 — делители AKTAKOM. Экспозиция фотографий 0.25 с. Давление воздуха p = 1 торр, частота посылок импульсов f = 21 кГц. Полярность генератора U1 отрицательная, U2 — положительная. |U1| ≈ |U2| ≈ 7 кВ

Скачать (154KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотографии ПДС, инициируемых емкостным разрядом между электродами 2 и 3 от генератора U1 и между электродами 4 и 5 от генератора U2, полученные в режиме с импульсами напряжения одинаковой положительной полярности без коррекции яркости и контраста изображения при экспозиции 0.25 с (а), а также после двух уровней коррекции изображения той же фотографии (б) и (в). 2 и 5 — высоковольтные электроды, 3 и 4 — заземленные электроды. Стрелками показаны места установки световодов от спектрометра и ФЭУ. С1 — между электродами 3 — 4 на расстоянии 33 см от правого края электрода 3 и левого края электрода 4; С2 — на расстоянии 50 см от правого края электрода 3 и 16 см от левого края электрода 4; С3 — в центре между электродами 4–5. Световоды собирали излучение из области трубки шириной 1, остальная ее часть закрывалась черным экраном. Давление воздуха p = 1 Торр, f = 21 кГц. U1 ≈ U2 ≈ +7 кВ

Скачать (109KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры излучения ПДС из области между электродами 4 и 5, отмеченной стрелкой С3 на рис. 4, при различной полярности генераторов и их одновременном запуске (а), а также при задержке включения генератора U1 на 1.25 мкс (б). 2+ — область спектра с наиболее интенсивными полосами второй положительной системы азота, в там числе 337.1 и 315.9 нм; 308.2 и 312.6 нм — максимумы полос молекул OH+ и OH с красным оттенением; Hα — линия атомарного водорода с длиной волны 656.3 нм, 1+ — область спектра с наиболее интенсивными полосами первой положительной системы азота. Давление воздуха p = 1 Торр, U1 = –7 кВ, U2 = +7 кВ. Экспозиции 3 с (а) и 20 с (б)

Скачать (142KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектр излучения ПДС из области С1 между электродами 3 и 4 при различной полярности генераторов и задержке включения генератора U1 на 830 нс (а), а также осциллограммы тока и напряжения для этого режима (б). 2+ — область спектра с наиболее интенсивными полосами второй положительной системы азота; 308.2 и 312.6 нм — полосы молекул OH+ и OH с красным оттенением; Hα — линия атомарного водорода с длиной волны 656.3 нм, 1+ — область с наиболее интенсивными полосами первой положительной системы азота. Давление воздуха p = 1 Торр, U1 = –7 кВ, U2 = +7 кВ. Экспозиции 20 с (а)

Скачать (156KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Осциллограммы импульса напряжения U с генератором +U2 и мощностей излучения P1, P2 и P3, которые регистрировалась ФЭУ при включении двух генераторов (–U1 и +U2) разной полярности, соответственно из областей С1, С2 и С3 (см. рис. 4а) (а), а также максимальные мощности излучения P1, P2 и P3 из областей С1, С2, и С3 соответственно, с одновременным включения как двух генераторов (–U1 и +U2) — 1, (+U1 и +U2) — 3, так и одного (–U2) — 2 (б). Цифры 1, 2 и 3 показаны на оси абсцисс. Давление воздуха p = 1 Торр, f = 21 кГц. |U1| ≈ |U2| ≈ 7 кВ

Скачать (154KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024