Введение 4
1 Теория пробоя газа 6
1.1 Общее описание пробоя 6
1.2 Время запаздывания пробоя 9
1.3 Особенности высоковольтного пробоя 12
1.4 Условие убегания электронов 14
2 Постановка задачи о наносекундном пробое газоразрядного промежутка . 18
3 Математическая модель 21
5 Результаты моделирования разряда 24
Заключение и выводы 31
Литература 32
Физика плазмы включает в себя огромный спектр физических процессов и явлений: от разрядов до лазерного излучения и плазмы звезд. Плазму принято разделять на высокотемпературную и низкотемпературную. Первая имеет место при очень высоких температурах, при средней энергии частиц, много большей первой энергии ионизации. Такая плазма тесно связана с изучением проблемы управляемого термоядерного синтеза, а также с генерацией мощных пучков заряженных частиц. Однако, более широкое распространение в окружающей нас природе и технике имеет именно низкотемпературная плазма.
Одним из наиболее ярких проявлений низкотемпературной плазмы является плазма газовых разрядов. История физики газового разряда начинается еще в XVII веке, когда люди впервые наблюдали, что изолированные заряженные проводники постепенно теряют свой заряд. С развитием науки и техники газовый разряд стал проявляться в новых формах и свойствах. Так с увеличением достигаемых мощностей батарей были открыты искровой, дуговой, тлеющий, коронный и другие разряды.
Особый интерес для исследователей и инженеров представляет собой условия зажигания разряда или условия пробоя газоразрядного промежутка, так как зачастую именно эти условия необходимо учитывать при проведении экспериментов и в разработке электрических приборов. Явление пробоя представляет собой очень кратковременный и обычно локализованный в пространстве сложный физический процесс, протекающий в сильных электромагнитных полях. Поэтому его исследования всегда имели характер фундаментального знания.
С развитием технологий и импульсной техники стало возможным формирование высоковольтного импульса напряжения с фронтом порядка наносекунды. Подача такого импульса напряжения на межэлектродный промежуток позволяет достигать огромного перенапряжения, что в свою очередь приводит к появлению новых особенностей развития разряда.
Экспериментальное изучение высоковольтного пробоя наносекундной длительности связано с рядом трудностей в регистрации параметров пробоя. Поэтому теоретическое исследование данного процесса представляет особый интерес.
Известно, что на характеристики пробоя и его механизм значительно влияет целый ряд факторов: сорт газа, конфигурация и материал электродов, давление газа и начальная концентрация свободных электронов. Однако в различных экспериментах начальное распределение свободных электронов может быть неравномерным, что в свою очередь может приводить к ряду особенностей.
Таким образом, основной целью данной работы является теоретическое описание механизма высоковольтного пробоя газа высокого давления при наличии начальной концентрации электронов с различной степенью неоднородности.
В результате проделанной работы были получены следующие результаты:
1. С помощью компьютерной программы были рассчитаны коммутационные характеристики пробоя газа SF6атмосферного давления при подаче на разрядный промежуток высоковольтного импульсного напряжения наносекундной длительности.
2. Были смоделированы различные режимы предварительной ионизации газа: от однородной до резко неоднородной прикатодной или прианодной ионизации.
3. Выявлено влияние распределения начальной концентрации электронов в газоразрядном промежутке на характеристики пробоя: время запаздывания, максимальную амплитуду напряжения на промежутке и параметры импульса тока убегающих электронов.
4. По результатам этих расчетов подготовлена статья в журнал «Письма в ЖТФ», которая принята к публикации.
