УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ОДНОРОДНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО РАЗРЯДА В ПЛОТНЫХ ГАЗАХ

УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ОДНОРОДНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО РАЗРЯДА В ПЛОТНЫХ ГАЗАХ


RU (11) 2106049 (13) C1

(51) 6 H01S3/097 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95101325/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.01.31 
(45) Опубликовано: 1998.02.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Atanasov P.A. et al TEA GAS Lasers excited by a sliding discharge along the surface of a dielectric Optics communications, 1991, t.72, N 6, p.356. RU, патент N 2030046, H 01 S 3/097, 1994. 
(71) Заявитель(и): Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева 
(72) Автор(ы): Журавлев О.А.; Ситкин А.О.; Федосов А.И. 
(73) Патентообладатель(и): Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева 

(54) УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ОДНОРОДНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО РАЗРЯДА В ПЛОТНЫХ ГАЗАХ 

Использование: изобретение относится к квантовой электронике. Сущность: электромеханическое устройство для возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах на диэлектрической подложке подвижного электрода-ротора, выполнено в виде заземленного цилиндра-каркаса с высокоомной диэлектрической пленкой на наружной поверхности. Разряд возбуждается между протяженными ножевыми высоковольтным и токосъемным электродами, установленными в одной плоскости вдоль образующей подвижного электрода с мимнимально допустисыс зазором относительно поверхности подложки. Величина L рабочего промежутка между электродами выбирается из определенного условия. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено в качестве плазмолистовых электродов в щелевых разрядных камерах, открывающих перспективное направление в создании нового поколения мощных газоразрядных лазеров без быстрой прокачки рабочей смеси.

Известно устройство для возбуждения поверхностного разряда в плотных газах /Atanasov P. A. Serafitinides A.A. TEA GAS Lasers excited by sliding discharge along the curface of a dielectric. //Optics communications. 1991.

Т. 72, N 6. -P. 356-360/, в котором импульсы напряжения с крутизной фронта до 1012 1013 В/с от высоковольтного генератора подаются на электродную систему со сплошными протяженными высоковольтными и токосъемными электродами, расположенными на поверхности диэлектрической подложки малой толщины, имеющей на обратной стороне металлический экран.

Недостатки устройства связаны с неоднородной структурой поверхностного разряда, где сильноточные каналы приводят к возбуждению нестационарных газодинамических процессов /1/, сопровождающихся эрозионно-абляционным механизмом разрушения диэлектрической подложки /2/, и сложностью конструкции для возбуждения поверхностного разряда от униполярного источника постоянного напряжения /3/.

Известно устройство (прототип) для возбуждения объемного разряда в плотных газах (патент N 2030046, опубликован в Б.И. N 6, 1995г.), содержащее униполярный источник постоянного напряжения, соединенный с протяженными острийными коронирующим и токосъемным электродами, установленными с формированием разрядного промежутка вдоль образующей подвижного электрода (ПЭ) ротора, выполненного в виде заземленного цилиндра-каркаса с высокоомной диэлектрической пленкой на наружной поверхности. Увеличение мощности W газового разряда в промежутке шириной h между образующей ПЭ и ориентированным перпендикулярно к ней коронирующим электродом ножевого типа требовало уменьшения толщины d диэлектрической шириной h между образующей ПЭ и ориентированным перпендикулярно к ней высоковольтным электродом (ВВЭ) ножевого типа требовало уменьшения толщины d диэлектрической пленки (d<h) на поверхности ПЭ, игравшей роль носителя поверхностного заряда на участке длиной L(L>h) от основания разряда под ВВЭ до токосъемного электрода (ТЭ), установленного с минимально допустимым зазором d относительно ПЭ ( d) для возбуждения вспомогательного индукционного разряда в промежутке ПЭ-ТЭ, обеспечивающего нейтрализацию зарядного рельефа на ПЭ. Малая толщина d пленки позволяла увеличивать предельную плотность поверхностных зарядов пр на подложке /4/



где

o диэлектрическая постоянная, относительная диэлектрическая проницаемость и ток Iпр разряда в промежутке h

Iпр прvl, (2)

где

V скорость движения поверхности ПЭ; l напряженность электродов.

Недостатком устройства является ограниченность тока I разряда в (2) пробивной прочностью газа в приповерхностном слое ПЭ, сдерживающая развитие ионизационных процессов во вспомогательном разряде в промежутке ПЭ-ТЭ, определяющих ширину полосы свечения однородного поверхностного разряда (ОПР), распространяющегося от ТЭ вверх против вектора движения поверхности ПЭ по мере роста напряжения U на ВВЭ на скорости U подложки. Производительность ионизационных процессов в промежутке ПЭ-ТЭ определяется напряженностью наведенного электрического поля Eн в зазоре Максимальная величина поля Eн пр может быть оценена как Eнпр~ Uпр/ Здесь Uпр продельное значение потенциала на поверхности пленки, связанное с толщиной d и предельной плотности зарядов пр как



Из выражения (1) следует, что тонкие пленки позволяют переносить большую плотность зарядов пр При этом для получения предельного значения тока Iпр в (2) необходима максимальная производительность рекомбинационних процессов во вспомогательном разряде в промежутке ПЭ-ТЭ. Однако из (1) и (3) следует, что уменьшение толщины d пленки приводит к снижению предельного значения потенциала Uпр и соответственно напряженности Eн наведенного поля на ТЭ. И может оказаться, что концентрация зарядов (ионов, электронов) во вспомогательном разряде будет недостаточна для полной нейтрализации зарядов пр на подложке.

В основу изобретения положена задача повышения тока однородного поверхностного газового разряда на диэлектрической подложке подвижного электрода. Данная задача решается за счет того, что ножевые высоковольтный и токосъемный электроды установлены в одной плоскости с одинаковым зазором относительно поверхности подвижного электрода на расстоянии L, величина которого выбирается из условия



где

U напряжение на высоковольтном электроде, (E/P)проб.т. - табличное значение приведенной напряженности пробойного электрического поля для заданного газа; P давление газовой среды.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг.2. вид по стрелке A.

Устройство состоит из униполярного источника постоянного напряжения 1, высоковольтного 2 и токосъемного 3 электродов ножевого типа, высокоомного диэлектрического слоя 4 толщиной d на наружной поверхности протяженного металлического цилиндра 5, образующих совместно с металлическими спицами 6, осью 7 и заземленным скользящим контактом 8 подвижный электрод (ПЭ). ПЭ установлен на подшипниках 9 и имеет привод от электродвигателя. Ножевые электроды 2 и 3 установлены в одной плоскости на расстоянии L друг от друга и с минимально допустимым зазором относительно образующей ПЭ.

Расстояние L между электродами 2 и 3 выбирается из условия, чтобы напряженность электрического поля в промежутке ВВЭ-ТЭ, оцениваемая как EU/L, где U напряжение на ВВЭ, составляла от 0,3 до 0,9 от пробивающего поля (E/P)проб.т., где P давление газа. Диэлектрическое покрытие 4 на ПЭ имеет толщину d 1 мм при относительной проницаемости материала e 2-10.

Устройство работает следующим образом.

При вращении ротора со скоростью более 103 об/мин подается от источника 1 на ВВЭ 2 высокое напряжение U отрицательной полярности и при UUз, где Uз напряжение зажигания, происходит одновременное возбуждение разрядов в двух промежутках: ВВЭ-ПЭ и ПЭ-ТЭ. В промежутке ВВЭ-ПЭ на диэлектрик 4 наносится распределенный отрицательный заряд s который в промежутке ПЭ-ТЭ возбуждает индукционный разряд типа положительной короны. Индукционная корона генерирует положительные ионы, которые, ускоряясь в поле заряда s обеспечивают поверхностный процесс ион-ионной рекомбинации /5/.

При дальнейшем увеличении U на ВВЭ возрастают плотность зарядов s на участие L ПЭ и интенсивность ионизационных процессов в промежутке ПЭ-ТЗ, что проявляется в формировании на ПЭ перед ТЭ полосы диффузного свечения, которая может рассматриваться как незавершенная фаза однородного поверхностного разряда (ОПР). Характерно, что начиная с момента появления полосы незавершенного ОПР, уровень тока I в цепи разряда превышает предельную величину, определяемую из соотношения (2). Это позволяет говорить о возникновении дополнительной цепи, которая может быть связана с проводимостью газа в приповерхностном сдое ПЭ в промежутке ВВЭ-ТЭ.

При достижении перенапряжения на ВВЭ b U/Uз=1,5-1,6 ширина полосы свечения незавершенного ОПР на ПЭ составляет 0,4-3,5 L, а ток разряда I 2Iпр. При перенапряжении на ВВЭ 2,5-3 полоса свечения ОПР на ПЭ занимает 0,8-0,9 ширины L промежутка. При 3,2-3,5 полоса свечения ОПР замыкает промежуток ТЭ-БВЭ. Уровень тока в цепи разряда может достигать I 5-6Iпр /6/.

Получен стационарный однородный поверхностный разряд в воздухе атмосферного давления на подвижном электроде, который характеризуется толщиной полосы свечения 300 мкм и линейной плотностью тока j=I/l I мА/см. Феноменология ОПР позволяет представить его в виде приповерхностной биполярной несамостоятельной короны, где вытягиваемые с помощью поля E положительные ионы из промежутка ПЭ-ТЭ распространяются вверх против и обеспечивают свечение на ПЭ за счет избыточной энергии рекомбинирующих ионов. ОПР увеличивает проводимость приповерхностного слоя газа за счет насыщения его ионами. Дрейф ионов в поде E вдоль подложки позволяет в 5 и более раз превышать предельные значения тока разряда, определяемые через предельную плотность зарядов пр Полученная форма поверхностного газового разряда нашла применение в бытовых плазмохимических генераторах очистки воздуха /6/ и может рассматриваться для создания безкорпусных газоразрядных индикаторных панелей, возбуждения активных сред щелевых газовых лазеров, решения задач формирования радиоотражающих зеркал в атмосфере.

Литература

1. Исследование остаточных неоднородностей в газе после скользящего разряда по поверхности диэлектрика /О.А.Журавлев, А.В. Кислецов, А.И.Кравцов и дp.// Журнал технической физики. 1989. т. 56, N 7, с. 183-186.

2. Журавлев О.А. Шлыкова М.П. Яббаров Н.Г. Температурный режим диэлектрической подложи плазмолистового электрода ТА и CO2-лазера// Изв. вузов. Энергетика, 1991, N 2, с. 44-48.

3. Сорокин А. Р. Одноканальный скользящий разряд с высокой направленностью // Письма в ЖТФ, 1987, т. 13, N 2, с. 94-97.

4. Лушейкин Г.А, Методы исследования электрических свойств полимеров. - М. Химия, 1988, 160 с.

5. Райзер Ю.П. Физика газового разряда, М. Наука, 1987, 562с.

6. Журавлев О. А. Федосов А.И. Некоторые особенности разряда в газовом промежутке с диэлектриком на подвижном электроде //Тез, докл. VI конфер. по физике газового разряда, Казань, 1992. С. 10-11. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах, содержащее униполярный источник постоянного напряжения, соединенный с протяженными ножевым высоковольтным и токосъемным электродами, установленными вдоль образующей подвижного электрода ротора, на поверхность которого нанесено диэлектрическое покрытие, отличающееся тем, что высоковольтный и токосъемный электроды установлены в одной плоскости с одинаковым зазором относительно поверхности подвижного электрода на расстоянии L, величина которого выбирается из условия



где U напряжение на высоковольтном электроде;

(E/P)проб.т. табличное значение приведенной напряженности пробойного электрического поля для заданного газа;

P давление газа,

причем токосъемный электрод выполнен ножевой формы.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru