Тлеющий барьерный разряд при атмосферном давлении

Тлеющий разряд, в отличие от нитевидного обладает высокой однородностью. Его легко получить при низких давлениях, когда пробег электрона достаточно большой. Однако при атмосферном давлении его получение связано с определенными трудностями (13).

Условия возникновения и существования тлеющего разряда при атмосферном давлении до сих пор полностью не изучены. Однако, интуитивно понятно, что приложенное электрическое поле должно быть ниже критерия Мика, чтобы не возникали стримеры.

Более менее устойчивый разряд при атмосферном давлении получается в благородных газах - гелий, аргон. Однако, для практических применений желательно получить тлеющий разряд в воздухе, так как использование гелия существенно повышает цену.

 

Для исследования возможностей новых применений холодной плазмы на кафедре прикладной физики ТПУ разработан источник плазмы. Плазма образуется с помощью барьерного разряда. Амплитуда импульсов – 15 кВ, частота – 5 кГц. Барьером служит стекло, толщиной 2 мм, марки С23. Напряженность электрического поля – 75 кВ/см. Форма импульсов – прямоугольная. Температура плазмы измерена с помощью термопары и не превышает 50°С. Габариты – 25x15x10 см. Потребляемая мощность 100 Вт. Макет установки показан на рис. 5.

 

Рисунок 5- макет плазменного коагулятора «ПЛАЗТОР-1»

Для исследования свойств разряда использовалась установка, показанная на рис.6.

 

Рисунок 6 - Экспериментальная установка.

 

Два медных электрода диаметром 4 см закрыты диэлектрическим барьером из стекла толщиной 1 мм.

 

Амплитуда приложенного напряжения измеряется осциллографом с помощью делителя 1: 1000. Для контроля тока, протекающего через зазор имеется резистор Vr, падение напряжения на котором пропорционально протекающему току. Емкость C_Q служит для измерения заряда, протекающего в разряде. С помощью этих величин можно получить другие, такие как падение напряжения на диэлектрическом барьере и падение напряжения на зазоре. Исходя из непрерывности тока смещения через диэлектрические пластины, можно записать:

;

;

, где

С_диэл. - емкость двух диэлектрических пластин;

S - площадь;

d - толщина пластины;

ε _r - относительная диэлектрическая проницаемость.

Отсюда

На рисунке 8 показан типичный вид измеренных напряжения и тока.

Рисунок 8 - Измеренные напряжение и ток.

 

Видно, что в течении одного полупериода напряжения присутствует много импульсов тока, обусловленных микроразрядами. Целью исследования является подбор оптимальных параметров для уменьшения количества микроразрядов в течение полупериода напряжения до одного, что соответствует тлеющему разряду. Форма напряжения и тока для тлеющего разряда при атмосферном давлении в гелии показана на рисунке 9.

Рисунок 9 - Форма напряжения и тока для тлеющего разряда при атмосферном давлении в гелии.

 

Для оценки количества микроразрядов можно подсчитать их количество на осциллограмме или определить визуально по виду разряда. С повышением напряжения количество микроразрядов возрастает.

С повышением частоты от 1 до 10 кГц с шагом 1 кГ количество микроразрядов также возрастает.

При уменьшении зазора количество микроразрядов уменьшается.