ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7
1.1. Патентный обзор 7
1.2. Способ возбуждения тлеющего разряда в газе и устройство для его осуществления 9
Формула изобретения 18
1.3 Способ осуществления тлеющего разряда и устройство для его
реализации 19
Формула изобретения 30
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 31
2.1 Тлеющий разряд 31
2.2 Теория лавинного пробоя Таунсенда 38
2.3 Теория катодного падения потенциала 41
2.4 Выводы по разделу 56
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 57
3.1. Методика проведения исследования 57
3.2 Проведение эксперимента 58
З.З Результаты 62
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
4.1. Выводы 64
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66
Приложение
В настоящее время интерес к низкотемпературной неравновесной плазме газовых разрядов низкого давления, классическим примером которых служит тлеющий разряд, не ослабевает. Он относится к наиболее изученным и часто применяемым на практике газовым разрядам. Он применяется в микроэлектронных технологиях (напыление, осаждение тонких металлических пленок и т.д.). Положительный столб тлеющего разряда используется в качестве источника света. Примером этого служат лампы дневного света, которые не только дают очень приятное “естественное” освещение, но и значительно (в 3-4 раза) экономичнее лампочек накаливания; рекламные трубки.
Кроме того, есть другие не менее важные области применения тлеющего разряда - работа плазменных генераторов, очистка алмазов, стерилизация медицинских инструментов, технология получения искусственных ворсистых материалов и т.д. Диффузионная обработка в тлеющем разряде в настоящее время является наиболее перспективной, как позволяющая значительно экономить технологический газ и расход электроэнергии. Диффузионные установки с тлеющим разрядом используются для проведения процессов азотирования, цементации, силицирования и других видов химико-термической обработки из газовой фазы. К общим преимуществам применения тлеющего разряда относятся: высокий коэффициент использования электроэнергии (расход только на ионизацию газа и нагрев детали); уменьшение длительности процесса, за счет быстрого нагрева до температуры насыщения, увеличения активности газовой среды и поверхностного слоя.
Важнейшее применение газовой среды тлеющего разряда получил в сравнительно недавно созданных квантовых источниках света - газовых лазерах. При возбуждении газовой смеси электрическим током, возникает тлеющий разряд, который способствует электрической накачке активных сред. Тлеющий разряд в поперечном потоке газа применяется в CO2 лазерах. На его основе реализуются высокие мощности генерации - около 5 kW с метра длины электродов.
На рис. 3.3 (кривая 1) представлена вольт-амперная характеристика разряда при включенном сверхзвуковом потоке. Можно видеть, что вольт-амперная характеристика разряда стала возрастающей, а напряжение разряда возросло, чем без прокачки газа. Увеличение напряжения горения легко объясняется наличием в последнем случае протяженного положительного столба. Падение напряжения на положительном столбе дополнительно увеличивает напряжение разряда. Однако возрастание напряжения горения разряда зависит от места дислокации сверхзвукового потока в межэлектродном промежутке. Например, при организации сверхзвукового потока вблизи катода напряжение разряда еще больше возрастает.
Тот факт, что при организации сверхзвукового потока вольт-амперная характеристика становится возрастающей, можно объяснить влиянием потока на характеристики как положительного столба, так и приэлектродных областей. При наличии сверхзвукового потока джоулево тепло интенсивно выносится из разрядной области и вероятность возникновения перегревной неустойчивости существенно снижается. Тлеющий разряд становится зависящим от потока. Если в неподвижном газе рост тока из-за нагрева происходит нелинейно, то в сверхзвуковом потоке увеличение тока не сказывается на ионизационных процессах.
В ходе экспериментов также было замечено, что сверхзвуковой поток возбуждает страты. Причем если в начальный момент страты не возбуждались, то небольшим изменением расхода газа легко вызвать их появление. Периодичность картины страт строго зависит от расхода газа, следовательно, от концентрации частиц газа. Чем выше их концентрация, тем меньше период. Этот результат подтверждает предположение о том, что страты в первую очередь связаны с длиной пробега электрона, на которой он набирает энергию в электрическом поле, необходимую для возбуждения атомов и молекул газа. Возникновению страт способствует тот факт, что сверхзвуковой поток имеет достаточно четкие границы. К границе области со сверхзвуковыми потоками электроны со стороны катода подлетают приблизительно с одинаковой скоростью.
Уже их первые столкновения с нейтральными молекулами будут неупругими. В дальнейшем это повториться каждый раз после набора электронами необходимой энергии для неупругих столкновений. Период стратификационной картины в данных экспериментах оказался порядка 3-4 мм.
Были изучены режимы работы тлеющего разряда с поперечной сверхзвуковой прокачкой воздуха, были получены навыки работы с устройством возбуждения тлеющего разряда и его модернизация.
Работа тлеющего разряда до конца еще не известна, дальнейшие исследования будут направлены на изучение поведения тлеющего разряда.
