RU2030046C1

RU2030046C1 - Device for excitation of volumetric discharge in solid gases

Info

Publication number: RU2030046C1
Authority: RU
Inventors: О.А. Журавлев
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has rotary hollow dielectric cylinder with screen and metallized dielectric film. Corona-forming electrode of blade shape and current collecting electrode connected to source of high voltage are positioned along cylinder. EFFECT: facilitated manufacture, expanded application field. 2 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено для возбуждения активных сред газовых лазеров высокого давления. The invention relates to quantum electronics and can be used to excite active media of high-pressure gas lasers.

Известно устройство для возбуждения объемного разряда в газовом лазере высокого давления, в котором импульсы напряжения длительностью ≅ 10^-6 с униполярной и колебательной форм от высоковольтного генератора подаются на разрядную камеру со сплошными протяженными электродами, где рабочая поверхность анода покрыта тонким слоем диэлектрического барьера.A device is known for exciting a volume discharge in a high-pressure gas laser, in which voltage pulses of duration ≅ 10 ^-6 with unipolar and vibrational forms from a high-voltage generator are applied to a discharge chamber with continuous extended electrodes, where the working surface of the anode is covered with a thin layer of a dielectric barrier.

Недостатком устройства является невозможность его работы от источника постоянного напряжения. Известно использование для накачки электродной системы электростатического генератора роторного типа, включающей протяженные коронирующий и токосъемный электроды, установленные вдоль образующей с наружной поверхности тонкостенного диэлектрического цилиндра - механического транспортера зарядов, выполненного с возможностью вращения вокруг своей оси. При установке с обратной стороны стенки цилиндра против коронирующего электрода заземленной пластины - экрана, усиливается стекание зарядов на диэлектрическую подложку. В газовом промежутке h между рабочей кромкой коротрона и повеpхностью движущегося диэлектрика формируется устойчивый объемный разряд атмосферного давления, величина тока I в котором ограничивается скоростью движения диэлектрика v, поверхностной плотностью нанесенных зарядов σ и длиной коротрона l, так как I=v σ l. The disadvantage of this device is the impossibility of its operation from a constant voltage source. It is known to use a rotary type electrostatic generator for pumping the electrode system, including extended corona and collector electrodes mounted along a thin-walled dielectric cylinder, a mechanical charge conveyor, that is rotatable around its axis and forming from the outer surface of the electrode. When installing on the back side of the cylinder wall against the corona electrode of an earthed plate - screen, the flow of charges on the dielectric substrate is enhanced. In the gas gap h between the working edge of the corotron and the surface of the moving dielectric, a stable atmospheric pressure volume discharge is formed, the current value I in which is limited by the speed of the dielectric v, the surface density of the deposited charges σ and the length of the corotron l, since I = v σ l.

Однако применение в генераторах в качестве коротрона щеточных или пластинчатых электродов, непосредственно контактирующих с движущейся поверхностью диэлектрика, уменьшает ширину промежутка h до микронных размеров, затрудняя развитие ионизационных механизмов в газах и снижая степень однородности зарядки подложки. However, the use of brush or plate electrodes directly in contact with a moving surface of a dielectric in generators as a corotron reduces the gap width h to micron sizes, hindering the development of ionization mechanisms in gases and reducing the degree of uniformity of substrate charging.

Целью изобретения является увеличение мощности непрерывного объемного газового разряда в плотных средах. The aim of the invention is to increase the power of a continuous volumetric gas discharge in dense media.

На фиг. 1 представлена схема устройства, план; на фиг.2 - вид по А на фиг.1. In FIG. 1 shows a diagram of a device, plan; figure 2 is a view along a in figure 1.

Устройство состоит из источника высокого напряжения 1, коронирующего электрода 2 ножевого типа, фольгового электрода-токосъемника 3 и цилиндрической оболочки, состоящей из диэлектрического цилиндра 4 со сплошным фольговым экраном 5 и диэлектрической пленкой 6 с односторонней металлизацией. С помощью металлических спиц 7 и экрана 5 цилиндрическая оболочка закреплена на оси вращения 8, образуя ротор. Ось 8 через скользящий контакт 9 имеет связь с землей. Для обеспечения вращения ротора ось 8 установлена на подшипниках 10. The device consists of a high voltage source 1, a corona electrode 2 of a knife type, a foil current collector electrode 3 and a cylindrical shell consisting of a dielectric cylinder 4 with a continuous foil screen 5 and a dielectric film 6 with one-side metallization. Using metal spokes 7 and the screen 5, the cylindrical shell is fixed on the axis of rotation 8, forming a rotor. The axis 8 through the sliding contact 9 is connected to the ground. To ensure rotation of the rotor axis 8 is mounted on bearings 10.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

При вращении ротора со скоростью на уровне 2000-3000 об/мин подается от источника 1 на коротрон 2 высокое напряжение и обеспечивается зажигание коронного разряда. Коротрон эмиттирует электроны, которые разгоняясь в поле Е, приобретают энергию для развития ионизационных процессов с преимущественным образованием положительных или отрицательных ионов в зависимости от рода газа и потенциала электрода 2. Ионы дрейфует в быстроубывающем поле Е и при подходе к подложке ускоряются в индуцированном поле поляризованного диэлектрика. Поверхностный заряд σ транспортируется ротором к электроду 3 и стекает на землю. При напряженности поля на уровне Е≥20 кВ/см скорость дрейфа ионов сравнима с тепловой скоростью движения молекул газа и существенно превышает скорость движения пленки. Это приводит к столь быстрой зарядке емкости подложки, что область диффузного свечения в месте замыкания объемного разряда на поверхность пленки смещается в сторону против движения ротора. Происходит удлинение промежутка h, и плазменное образование приобретает форму тонкого "листа". Такая форма плазменного образования способствует увеличению устойчивости объемного разряда за счет улучшения условий охлаждения плазмы путем диффузного отвода тепла из объема, а также снижения вероятности развития нескольких независимых возмущений поперек основания разряда. When the rotor rotates at a speed of 2000-3000 rpm, a high voltage is supplied from source 1 to the corotron 2 and the corona discharge is ignited. Korotron emits electrons which, when accelerated in field E, acquire energy for the development of ionization processes with the predominant formation of positive or negative ions, depending on the type of gas and electrode potential 2. Ions drift in a rapidly decreasing field E and when approaching the substrate they accelerate in the induced field of a polarized dielectric . The surface charge σ is transported by the rotor to the electrode 3 and flows to the ground. At a field strength of E≥20 kV / cm, the ion drift velocity is comparable to the thermal velocity of the gas molecules and significantly exceeds the speed of the film. This leads to so fast charging of the substrate capacitance that the region of diffuse glow at the location of the closure of the volume discharge on the film surface shifts to the side against the motion of the rotor. An extension of the gap h takes place, and the plasma formation takes the form of a thin “sheet”. This form of plasma formation increases the stability of the volume discharge by improving the conditions for cooling the plasma by diffuse heat removal from the volume, as well as reducing the likelihood of several independent disturbances developing across the base of the discharge.

Получен устойчивый объемный разряд в нейтральном газе Не, электроотрицательных газах СО₂, воздухе и смеси СО₂: N₂:Не при давлении 10³-10⁵ Па в межэлектродном промежутке ≅30 мм и вкладываемой мощности в разряд ≅2 ^. 10³ Вт.A stable volume discharge was obtained in a neutral He gas, electronegative CO ₂ gases, air and a CO ₂ : N ₂ : He mixture at a pressure of 10 ³ -10 ⁵ Pa in an interelectrode gap of ≅30 mm and the input power into a ≅2 discharge ^. 10 ³ watts

Применение движущейся диэлектрической подложки позволяет получать непрерывный объемный разряд в плотных газах в форме тонкого плазменного листа, что способствует увеличению устойчивости объемной фазы и дает возможность повышать вкладываемую мощность без перегрева газа за счет увеличения поверхности теплоотвода при увеличении промежутка. Кроме того, предложенное устройство не требует введения в цепь питания разряда балластного сопротивления, реализуя КПД ≈100%. Вращающийся полый цилиндр может быть использован для размещения крыльчатки вентилятора, что позволяет организовать прокачку газа в межэлектродном промежутке для введения конвективного охлаждения смеси. The use of a moving dielectric substrate makes it possible to obtain a continuous volume discharge in dense gases in the form of a thin plasma sheet, which increases the stability of the volume phase and makes it possible to increase the input power without overheating of the gas by increasing the heat sink surface with an increase in the gap. In addition, the proposed device does not require the introduction of a ballast discharge into the power circuit, realizing an efficiency of ≈100%. A rotating hollow cylinder can be used to accommodate a fan impeller, which makes it possible to organize gas pumping in the interelectrode gap for introducing convective cooling of the mixture.

Claims

DEVICE FOR EXCITING A VOLUME DISCHARGE IN DENSE GASES, comprising a high voltage source connected to elongated corona and collector electrodes and a screen mounted along a hollow dielectric cylinder rotatable, wherein the corona electrode is installed along the radius of the cylinder with a gap relative to the cylinder, characterized in that , in order to increase the power of a continuous gas discharge, the screen is made in the form of a layer of foil deposited on the outer surface of the dielectric cylinder, the device further comprises a metallised dielectric film secured to the screen surface metallized side thereto, and the corona electrode is a knife shape.