Исследование тлеющего разряда в СО2-лазере

Отличительной особенностью ЕИР является то, что электроды, на которые подается импульсное напряжение, изолированы от разрядного промежутка пластинами диэлектрика (Рисунок 2). Этот необычный тип разряда исследовался теоретически и экспериментально в связи с применениями в СО2-лазерах. Чтобы лучше понять процессы в разряде, рассмотрим простую модель. Полагаем, что импульс напряжения имеет ступенчатую форму с напряжением U0 и пренебрежимо коротким передним фронтом. Первоначальная плотность электронов e0 считается распределенной однородно в разрядном объеме. В импульсно-периодическом разряде заметная концентрация электронов остается от предыдущего импульса. Распределение потенциала в разрядном промежутке считается однородным, слои пространственного заряда вблизи диэлектрических пластин считаются тонкими, а падение напряжения на них мало по сравнению с U0. В этих предположениях можно рассматривать схему, показанную на Рисунке 3, как эквивалентную ЕИР. Электрическое сопротивление плазмы разряда Rg связано с плотностью свободных электронов e в плазме разряда, Cg – емкость разрядного промежутка, Cd – емкость диэлектрических пластин. Это приближение аналогично так называемой электротехнической модели7. В этой модели изменение электрического поля, тока и плотности электронов в разряде описывается системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, которые легко интегрируются численно, и в результате получаются осциллограммы электрического поля в плазме, тока и плотности электронов, показанные на рисунке 2.3. Рисунок 2.3 – осциллограмма электрического поля в плазме Для дальнейшего понимания полезно вывести основные соотношения и сделать оценки на основе простого физического рассмотрения. Считаем величину напряжения U0 достаточно большой, чтобы в разрядном промежутке начался процесс лавинной ионизации. Когда плотность электронов достигает заметной величины, в плазме начинает течь электрический ток, приводящий к разделению положительных и отрицательных зарядов в разрядном промежутке, заключенном между диэлектрическими пластинами, что, в свою очередь, ведет к экранированию электрического поля в плазме. Когда электрическое поле в плазме из-за процесса поляризации падает ниже определенной величины, ионизация практически прекращается. Характерное время поляризации плазмы в электротехнической модели можно записать как RgCd/2 где Rg – электрическое сопротивление плазмы, а Cd – электрическая емкость пластин диэлектрика. Условия прекращения ионизации могут быть, следовательно, определены как , idRgC. (1.1)Достигнутая при этом плотность электронов пропорциональна проводимости плазмы: bf/RgfC/ 1. (1.2)На практике условие малости длительности фронта нарастания напряжения по отношению к характерному времени ионизации, определяемому величиной максимального значения приложенного напряжения U0P, обычно не выполняется, поскольку U0P, как правило, больше, чем требуется. Реальное электрическое поле в плазме из-за эффекта поляризации начинает снижаться до того, как приложенное к электродам напряжение достигнет максимального значения. Максимальная величина, до которой поднимается электрическое поле в плазме, зависит от скорости нарастания напряжения. Таким образом, и величина i, и длительность импульса тока, и амплитуда импульса тока определяются скоростью нарастания напряжения.

Большая Советская Энциклопедия (ПЛ)

Это условное разделение связано как с возможностью для П. достигать чрезвычайно больших температур, так и с особой важностью высокотемпературной П. в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза (УТС). В состоянии П. находится подавляющая часть вещества Вселенной — звёзды, звёздные атмосферы, туманности галактические и межзвёздная среда. Около Земли П. существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли (образуя радиационные пояса Земли) и ионосферу. Процессами в околоземной П. обусловлены магнитные бури и полярные сияния. Отражение радиоволн от ионосферной П. обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле. В лабораторных условиях и промышленных применениях П. образуется в электрическом разряде в газах (дуговом разряде, искровом разряде, тлеющем разряде и пр.), в процессах горения и взрыва, используется в плазменных ускорителях, магнитогидродинамических генераторах и во многих др. устройствах (см. раздел Применения плазмы). Высокотемпературную П. получают в установках для исследования возможных путей осуществления УТС ... »

Диффузионный СО2 лазер с ВЧЕ-разрядом

Поэтому если время столкновительной релаксации не зависит от температуры газа и 001(Тг, учёт возрастания с ростом Тг лишь ослабит зависимость 001(Тг) (пунктирная линия). Заселённость нижнего лазерного уровня находится в равновесии с основным и описывается законом Больцмана 100(. В связи с этим при достижении некоторой критической температуры Тmax инверсная заселённость лазерной смеси исчезает. Максимальная инверсия достигается при оптимальных температурах смеси Тор . Для смеси с (г(1,5 10-1 Вт/(м К), Тстенки(300К зависимость населённости лазерных уровней от температуры показана на рис. 8. Типичные значения Тop (400.500К, Тмах(700.800К. Под действием электронных ударов и в результате столкновений возбуждённых молекул в тлеющем разряде в СО2-лазерах происходит частичная диссоциация углекислого газа СО2 ( СО О. Отношение концентраций СО к СО2 может достигать (12%, содержание О2 – 0,8%. Из-за этого при сохраняющемся энерговкладе возрастают потери на диссоциацию, возбуждение электронных состояний и возбуждение колебаний СО и О2. открыть »

Мир электричества

Под стеклянным колпаком воздушного насоса он наблюдал явление тлеющего разряда. А погрузив электроды в масло, следил за возникновением искр, которых никогда не бывало в воде. Не значит ли это, что масло хуже проводит электрическую жидкость?.. И Петров ввел термин «электрическое сопротивление». Он задумал целую серию опытов по исследованию проводимости различных веществ. Холодно было в физическом кабинете. Зябли пальцы, замерзала вода в стаканах. Прекрасно! Он исследовал проводимость льда. И попутно обнаружил, что в холодном помещении сила батареи иссякает быстрее. Но зато потом восстанавливается в тепле. Он решил испытать угольные электроды. Уголь традиционный материал в физических исследованиях. Ничего удивительного. Но Весной 1802 года, поздним вечером, когда глаза уже устали от беспрерывного мерцания свечей и просились на отдых, в темной лаборатории под руками ученого вспыхнуло солнце! Электрическая дуга между двумя углями «Если на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля, способные для произведения светоносных явлений посредством гальвани-вольтовской жидкости, и если потом металлическими изолированными направлениями, сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий, белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может» ... »

оПНЕЙР мкн

Раньше считалось, что лазер станет «лучомубийцей», но многие ученые того времени отказывались верить в то, что лазер может убить или причинить серьезные разрушения. Лазерная гонка вооружений набирала обороты, появились и более мощные лучи — возбуждаемые с помощью электрического разряда, молнии (вспышки?), нейтронного потока из ядерного реактора — и, наконец, самое мощное из всех лазерных оружий: СО2-лазеры с выходной мощностью излучения на уровне нескольких мегаватт. Эти лазеры излучают в инфракрасной, невидимой, области спектра, хотя пучок света напоминает сноп искр наподобие крошечных шаровых молний. Об их способностях еще спорят, но известно, что в 1980 году такие лазеры смогли уничтожить противотанковый снаряд с расстояния одного километра, а во время других испытаний лазерными лучами обстреливали самолет, их также запускали на орбиту. Тогда результаты испытаний не были ошеломляющими, но британские ученые предсказывали, что к 1995 году лазер будет использоваться как оружие уничтожения самолетов, спутников, будут даже ручные лазеры ... »

Нестехиометрические твердые оксиды - новые vатериалы современной техники

В жестких условиях электрического разряда рабочие молекулы углекислого газа распадаются, диссоциируя по реакции Происходит деградация рабочей газовой среды, нарушается устойчивость разряда, падает мощность, и прибор перестает излучать. Наряду с этой кардинальной проблемой возникают проблемы стабильности тлеющего разряда, устойчивости материалов конструкций в плазме и т. п. Например, катод, традиционно выполненный из металлов (как правило, из никельсодержащих сплавов, иногда с добавками металлов платиновой группы), испаряясь, оседает на зеркалах, волноводе и препятствует выводу излучения. С момента начала разработок СО2-лазеров (1964) физики и химики ищут пути преодоления этих и многих других материаловедческих проблем квантовой электроники. В частности, для предотвращения катастрофической деградации углекислого газа используют систему прокачки с постоянным обновлением среды, стали применять дополнительные системы регенерации, где в качестве катализаторов применяют металлы P -группы. Однако использование дополнительных систем усложняет конструкцию, делает ее громоздкой и ненадежной, а в случае отпаянных СО2-лазеров (которые из-за своей миниатюрности в зарубежной литературе получил название he ha d-held laser) для космической и авиационной связи оказывается просто неприемлемым. открыть »

СО2 лазеры с внутрирезонаторным электронным управлением параметрами излучения

СО2 лазеры с внутрирезонаторным электронным управлением параметрами излучения (опыт и перспективы разработки) Дан ретроспективный обзор разработок модельного ряда СО2 лазеров, активная среда которых возбуждается высокочастотным электромагнитным полем. Исследования и разработки выполнены за последние 30 лет в Воронежском государственном техническом университете совместно с НКТБ "Феррит" (г. Воронеж). В представленный ряд включены модели лазеров с излучающей головкой цельнометаллического типа. Излагаются принципы построения цельнометаллических СО2 лазеров с ВЧ накачкой. В подобных лазерах излучатель одновременно выполняет несколько функций, являясь: резонатором, настроенным на частоту накачки и нагруженным на плазму активной среды; несущей конструкцией оптического резонатора; резервуаром, сохраняющим рабочую газовую смесь. Излучатель имеет конфигурацию вытянутого полого квазистационарного Н-резонатора, в емкостной части объема которого, где напряженность высокочастотного (ВЧ) поля накачки максимальна, поддерживается ВЧ- разряд и генерируется активная среда в форме плазменного шнура или плазменного полотна. открыть »

История развития электроники

В России значимость работ не было понято и они были забыты. Поэтому открытие дугового разряда было приписано английскому физику Дэви. Начавшееся изучение спектров поглощения и излучения различных тел привело немецкого ученого Плюккера к созданию Гейслеровых трубок. В 1857 году Плюккер установил, что спектр Гейслеровой трубки, вытянутой в капилляр и помещенной перед щелью спектроскопа, однозначно характеризует природу заключенного в ней газа и открыл первые три линии так называемой Бальмеровской спектральной серии водорода. Ученик Плюккера Гитторф изучал тлеющий разряд и в 1869 году опубликовал серию исследований эл./проводимости газов. Ему совместно с Плюккером принадлежат первые исследования катодных лучей, которые продолжил англичанин Крукс. Существенный сдвиг в понимании явления газового разряда был вызван работами английского ученого Томсона, открывшего существование электронов и ионов. Томсон создал Кавендишскую лабораторию откуда вышел ряд физиков исследователей электрических зарядов газов(Таундсен, Астон, Резерфорд, Крукс, Ричардсон). В дальнейшем эта школа внесла крупный вклад в развитие электроники. открыть »

Химия, элементы таблицы Менделеева

О кислородных соединениях астата известно лишь, что они существуют, причем высшая степень окисления отвечает иону A O3(, т. е. степени окисления (5. 61 ДОПОЛНЕНИЯ 49) В отличие от оксидов других галоидов, I2O5 является экзотермичным соединением (теплота образования 184 кДж/моль). Практически он может быть получен постепенным нагреванием НIO3 до 120 (С с последующим длительным выдерживанием при этой температуре. Кристаллы иодноватого ангидрида слагаются из молекул O2I(O(IO2 со значениями d(OI) = 177(183 пм, (OIO = 93(102( для концевых частей и d(IO) = 192(195 пм, (IOI = 139( — для центральной части. Продажный препарат обычно имеет розоватый или желтоватый оттенок (обусловленный следами свободного иода). Продажный ангидрид постепенно разлагается на свету и очень гигроскопичен. Применяется он главным образом при газовом анализе для определения монооксида углерода (основанного на реакции I2O5 5 СО = 5 СО2 I2). 50) При действии тлеющего разряда на смесь паров брома с избытком охлажденного кислорода образуется триоксид брома — ВrО3 (вероятно, в димерной форме — Вr2О6). открыть »

Проектирование силового трансформатора мощностью 630 кВА

Герметизированная конструкция бака с волнами позволила отказаться от громоздких радиаторов, которые значительно увеличивали бы габариты трансформатора, и от расширителя, тем самым сэкономить на трансформаторном масле (подробнее в пунктах 10-12). Современные способы изготовления витых магнитопроводов позволяют значительно сэкономить на их сборке. В настоящее время начинается применение лазеров в резке электротехнической стали. Исследования Бухановой И.Ф., Дивинского В.В и Журавеля В.Э – сотрудников НПЦ «Лазертерм» АО ВНИИЭТО – показали, что «одним из самых перспективных бесконтактных методов уменьшения потерь на перемагничивание анизотропной электротехнической стали, является лазерная обработка поверхности. При локальном лазерном нагреве в поверхностных слоях материала создаются термические напряжения, изменяющие характер доменной структуры в зонах, прилегающих к лазерной дорожке. Разработанный экологически чистый технологический процесс обработки поверхности электротехнической стали излучением непрерывного СО2-лазера позволяет обрабатывать трансформаторную сталь без нарушения изоляционного покрытия и создания дополнительных механических напряжений». открыть »

Исследование физических явлений в диэлектрических жидкостях инициируемых лазерным излучением

Разработка математических моделей физических процессов, имеющих место в диэлектрической жидкости под воздействием лазерного излучения. Разработка экспериментальной установки и методики проведение эксперимента для влияния излучения СО2-лазера с выходной мощностью до 100 Вт на изучаемое вещество. Экспериментальное исследование закономерностей лазерного излучения (ЛИ) на физические процессы в диэлектрической жидкости в указанном диапазоне мощности лазерного излучения. Обработка полученных результатов эксперимента. 2 Аналитический обзор литературы 2.1 Взаимодействие лазерного излучения с атомами В начале XX века формулировка А. Эйнштейном закона для фотоэффекта открыла исследования этого процесса, одного из основных процессов, возникающих при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Атомный фотоэффект, именуемый также процессом фотоионизации атома, является вариантом фотоэффекта на атомарном уровне взаимодействия излучения. В первой половине XX века процесс фотоионизации атома был детально изучен экспериментально и описан теоретически . Основной чертой процесса фотоионоизации атома является его однофтонная природа – элементарный акт отрыва электрона от атома происходит в результате поглощения одного фотона. открыть »

Криогенная техника в системах энергетики

Накопление энергии часто требуется для создания импульсных разрядов большой мощности при исследованиях оптических квантовых генераторов (лазеров) и опытах по расщеплению и синтезу ядер и др. Импульсное выделение энергии за короткий промежуток времени могут обеспечить заряженные конденсаторные батареи. Плотность энергии, запасенной в конденсаторной батарее, сравнительно мала (3(105 Дж/м3); для создания мощных импульсов необходимы очень громоздкие конденсаторы. Энергоемкость аккумуляторов на три порядка больше энергоемкости конденсаторных батарей, но аккумуляторы не могут обеспечить отдачу энергии в милли- или микросекунды. Достаточные плотности энергии могут быть получены при использовании магнитного поля катушки с воздушным сердечником, но для обычных катушек это сопряжено с большими потерями мощности. В свете сказанного значительный интерес для создания мощных импульсных источников представляют катушки из жестких сверхпроводников. Энергия, заключенная в магнитном поле, на единицу объема равна 0,5(0Н2; для однородного поля напряженностью в 80 кА/см запас энергии составит около 40 МДж/м3. открыть »

Лазеры. Основы устройства и применение их в военной технике

У одних лазеров он представляет собой кристаллический или стеклянный стержень цилиндрической формы. У других - это отпаянная стеклянная трубка, внутри которой находится специально подобранная газовая смесь. У третьих - кювета со специальной жидкостью. Соответственно различают лазеры твердотельные, газовые и жидкостные. см. табл. стр. 88. 2. Типы лазеров. Продолжая знакомиться с лазерами, совершим экскурсию по обширному лазерному хозяйству. Остановимся на некоторых типах лазеров . Газоразрядные лазеры. Так называют лазеры на разряженных газовых смесях( давление смеси 1-10мм рт.ст) которые возбуждаются самостоятельным электрическим разрядом. Различают три группы газоразрядных лазеров: - лазеры , в которых генерируемое излучение рождается на переходах между энергетическими уровнями свободных ионов (применяется термин “ионные лазеры”). - лазеры , генерирующие на переходах между уровнями свободных атомов. - лазеры, генерирующие на переходах между уровнями молекул (так называемые молекулярные лазеры) Из огромного числа газоразрядных лазеров выделим три: гелий-неоновый( как пример лазера, генерирующего на переходах в атомах), аргоновый (ионовый лазер) и СО2- лазер (молекулярный лазер). (см.таблицы 113-115) Гелий -неоновой лазер имеет три основных рабочих перехода , на длинах волн 3,39 и1,15 и 0,63 мкм. открыть »

Вторично-ионная масса спектрометрия

Исследование распыления и ионизации нейтральных атомов в высокочастотном разряде в инертных газах показало, что такой метод имеет практическую ценность. Разброс по энергиям, ионов, отбираемых из источника с высокочастотным тлеющим разрядом, не превышает 1 эВ, и для их разделения по массам эффективно использовать квадрупольный анализатор без предварительного фильтра энергий. Установлено, что нейтральные атомы ионизуются в основном за счет пеннинговского механизма. Эффективность ионизации нейтральных частиц в этом случае лишь слабо зависит от природы частиц и совсем не зависит (в противоположность методу ВИМС) от типа матрицы и условий на поверхности образца. Следовательно, относительные ионные сигналы с достаточно хорошим приближением равны относительным концентрациям соответствующих элементов в матрице. При использовании образцов с большой поверхностью ( ~10 см2) в этом приборе удалось регистрировать атомные концентрации элементов на уровне 10-6. Типичные значения скоростей распыления лежат в интервале от 10-2 до 10 моноатомных слоев в секунду, причем с равным успехом могут анализироваться как проводники, так и диэлектрики. открыть »

Измерение параметров лазеров

Чувствительность механотронов не превышает 10 мА/г (или по мощности 10- 9 А/Вт). Такое значение чувствительности при величине флуктуаций тока 0.1 мкА, вызываемых температурным дрейфом, толчками и вибрациями, дает возможность уверенно измерять давление непрерывного излучения более 1кВт. Если излучение промодули ровать так, чтобы подвижная система механотрона вошла в резонанс, нижний предел измерения может достичь 100 Вт. Поэтому механотронный преобразователь обычно применяют для измерения больших уровней мощности и энергии импульсов лазерного излучения, например непрерывного излучения мощных СО2-лазеров и импульсного на стекле с неодимом. Опыт, накопленный при разработке и эксплуатации различных типов измерителей энергии и мощности лазерного излучения, позволяет сделать заключение об областях применения, достоинствах и недостатках различных методов. К достоинствам теплового метода измерения энергетических параметров лазерного излучения относятся широкие спектральный и динамический диапазоны измерения, простота и надежность измерительных средств. открыть »

Электрический ток в газах

Иначе обстоит дело с длиной катодного темного пространства, которая при сближении электродов не изменяется. Если электроды сблизились настолько, что расстояние между ними станет меньше длины катодного темного пространства, то тлеющий разряд в газе прекратится. Опыты показывают, что при прочих равных условиях длина d катодного темного пространства обратно пропорциональна давлению газа. Следовательно, при достаточно низких давлениях электроны, выбиваемые из катода положительными ионами, проходят через газ почти без столкновений с его молекулами, образуя электронные, или катодные лучи. Тлеющий разряд используется в газосветных трубках, лампах дневного света, стабилизаторах напряжения, для получения электронных и ионных пучков. Если в катоде сделать щель, то сквозь нее в пространство за катодом проходят узкие ионные пучки, часто называемые каналовыми лучами. Широко используется явление катодного распыления, т.е. разрушение поверхности катода под действием ударяющихся о него положительных ионов. Ультрамикроскопические осколки материала катода летят во все стороны по прямым линиям и покрывают тонким слоем поверхность тел (особенно диэлектриков), помещенных в трубку. открыть »

Ток в различных средах

Если энергия ионов не слишком велика, то выбивания электронов с катода не происходит и электроны испускаются вследствие термоэлектронной эмиссии. Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применение. В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения электродов, а также от приложенного к электродам напряжения возникают различные виды самостоятельного разряда. Рассмотрим несколько из них. Тлеющий разряд. Тлеющий разряд наблюдается в газах при низких давлениях порядка нескольких десятков миллиметров ртутного столба и меньше. Если рассмотреть трубку с тлеющим разрядом, то можно увидеть, что основными частями тлеющего разряда являются катодное темное пространство, резко отдаленное от него отрицательное, или тлеющее свечение, которое постепенно переходит в область фарадеева темного пространства. Эти три области образуют катодную часть разряда, за которой следует основная светящаяся часть разряда, определяющая его оптические свойства и называемая положительным столбом. Основную роль в поддержании тлеющего разряда играют первые две области его катодной части. Характерной особенностью этого типа разряда является резкое падение потенциала вблизи катода, которое связано с большой концентрацией положительных ионов на границе I и II областей, обусловленной сравнительно малой скоростью движения ионов у катоду. открыть »

Билеты по физике за весь школьный курс

При низком давлении газа образуется тлеющий разряд, что объясняется повышением проводимости газа при разрежении (увеличивается путь свободного пробега). Если сила тока в самостоятельном разряде очень велика, то удары электронов могут вызвать нагревание катода и анода. С поверхности катода при высокой температуре происходит эмиссия электронов, поддерживающая разряд в газе. Этот вид разряда называется дуговым.45. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронно- лучевая трубка. В вакууме нет носителей свободного заряда, поэтому без внешнего влияния ток в вакууме отсутствует. Возникнуть он может в случае, если один из электродов нагреть до высокой температуры. Нагретый катод испускает со своей поверхности электроны. Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией. Простейшим прибором, использующим термоэлектронную эмиссию, является электровакуумный диод. Анод состоит из металлической пластины, катод – из тонкой свернутой спиралью проволоки. Вокруг катода при его нагревании создается электронное облако. открыть »

Эффективна ли косметика?

Поверхостный химический пилинг гликолевай к-той. Профилактика развития герпетической инфекции. При угревой сыпи Предварительно вылечить кожу. Далее подготовка по аналогии с жирной кожей. Комбинация различных лазерных систем (разработка клиники) После использования СО2 - лазера сокращение кожи более интенсивное, чем при использовании Er:YAG-лазера. В ряде случаев, поэтому, исчезает необходимость в хирургической подтяжке кожи (например, в области верхних и нижних век). Однако воздействие Er:YAG - лазера обеспечивает более быструю реэпитализацию, уменьшает длительность эритемы (в течении 6-7 дней против 30 дней - при применении СО2лазера). Учитывая эти факты и идя навстречу пожеланиям пациенток быстрее вернуться к привычному образу жизни рациональнее всего использовать комбинированное применение обоих лазеров сохраняя достоинства каждого из них. Такое применение обоих лазеров позволяет сократить число проходов СО2 лазера и тем самым уменьшить его повреждающее воздействие. Кроме того разработана технология комбинированного использования лазерной дермабразии лица с хирургическими омолаживающими операциями на лице, в том числе и с применением эндоскопической техники. открыть »