2.2. Будова розрядної комірки
Проведення досліджень в даній роботі пов'язані з вивченням утворення наночастинок з металу, а також вивчення розряду у воді. Дослідження проводилися за допомогою кювети з дистильованою водою, в якій знаходилися два алюмінієві електроди (голка-площина). Відстань між електродами складала 1 мм, але цю відстань можна змінювати за допомогою системи кріплення електродів. Будова цього модуля представлена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Будова розрядної комірки: 1 – кювета; 2 – кварцове віконце; 3 – електрод-площина; 4 – електрод-голка; 5 –металеве кріплення для електродів до яких підводиться напруга; 6 – ізолятор для кріплення; 7 – дистильована вода; 8 – металевий екран.
Кювета (1) виготовлена з оргскла з кварцовим віконцем (2) діаметром 50 мм. Товщина стінок становить 8 мм, внутрішні розміри кювети складають 100×100×100 мм. Діаметр електрода-голки (4) складає 2 мм, а електрода-площини (3) становить 23 мм з алюмінію та 16 мм з дюралюмінію. Електроди розміщені близько біля стінки з кварцовим віконцем, для того щоб зменшити поглинання водою (7) випромінювання плазми розряду. Кріплення електродів закрите фторопластом (6) для уникнення небажаних пробоїв у воді. Розрядна комірка розташована в металевому екрані (8) з метою зменшення впливу електромагнітних полів на систему реєстрації спектральних характеритсик.
2.3. Контрольний експеримент
Експеримент проводився з використанням системи електродів типу «голка-площина». Вхідні параметри експерименту були наступними: відстань між електродами (голка-площина) становила 1 мм, напруга на тиратроні ТГИ-1000-25 була 13 кВ, частота імпульсів 35 Гц, баластний опір 150 Ом, напруга на ФЕП 700 В. Реєстрація спектрів проводився в діапазоні 300-650 нм, тривалість експерименту в середньому становить 20 хв. Експеримент був проведений з двома різними електродами: алюмінієвими і дюралюмінієвими.
На рис. 2.5. показано загальний вигляд розрядної комірки та імпульсний наносекундний розряд у воді.
В ході експерименту за однакових умов (напрузі, частоті, тривалості) виявлено, що алюмінієві електроди розпилюються набагато швидше, ніж дюралюмінієві, це пов’язане із технічними характеристиками цих матеріалів. Кратери, які утворюються на поверхні плоских електродів, можна побачити на рис. 2.6. Видно, що алюмінієвий електрод руйнується швидше за однакових умов.
Експеримент показав, що екранування розрядної комірки покращує роботу системи реєстрації оптичних характеристик. Екран потрібний для локалізації електромагнітного випромінювання.
Рис. 2.5. Фотографія розрядної комірки під час роботи.
Рис. 2.6. Алюмінієвий (а) і дюралюмінієвий (б) електроди після експерименту, який тривав 20 хв.
Розділ 3. Результати роботи та їх обговорення
3.1. Оптичні та елетричні характеристики
Для одержання плазми використовувався iмпульсний наносекундний розряд з частота повторення iмпульсiв 35 Гц. Випромiнювання аналiзувалося за допомогою монохроматора МДР-2 з дифракцiйною граткою на 1200 штр./мм в спектральній областi 250-650 нм. Відстань між електродами (голка-площина) становила 1 мм, напруга на тиратроні ТГИ-1000-25 була 13 кВ, баластний опір 150 Ом, напруга на ФЕП 540 В, коефіціент дільника напруги становить 635. Експеримент був проведений з використанням алюмінієвої голки та дюралюмінієвою площиною і тривав близько 20 хв.
Спектр випромінювання імпульсного наносекундного розряду у воді з використанням дюралюмінієвої площини та алюмінієвої голки був розділений на дві частини і представлений на рис. 3.1.а і рис. 3.1.б.
На рис. 3.2 наведені осцилограми напруги та струму, а також їх добуток, тобто потужність імпульсів. Тривалість імпульса напруги першого і другого імпульсів TU = 112 і 58 нс відповідно. Тривалість імпульсів струму становить TI = 100 і 65 нс для першого і другого імпульсів відповідно. Максимальні значення напруги та струму Umax = 52,2 кВ і Imax = 73 А. Добуток кривих струму і напруги дає криву потужності в імпульсах розряду, де максимальне значення потужності в середньому становить Pmax = 3,2 МВт. Була розрахована площа під кривими потужностей імпульсів розряду, яка є повною потужністю імпульсів, а саме для першого S = 164 МВт і другого S = 115,4 МВт. Розрахований об’єм розряду Vр = 23,5·10-4 см3 . Розділивши повну потужність імпульса на об’єм розряду, було отримано питому потужність розряду. Питома потужність в першому імпульсі рівна Q = 2,58·1010 Вт/см3, а в другому імпульсі Q = 1,82·1010 Вт/см3. В таблиці 3.2 наведені всі електричні та часові характеристики розряду для кожного з імпульсів і їх середні значення.
Рис. 3.1.а Спектр випромінювання імпульсного наносекундного розряду у воді в діапазоні 450 – 640 нм.
Рис. 3.1.б Спектр випромінювання імпульсного наносекундного розряду у воді в діапазоні 450 – 640 нм.
Рис. 3.2 Напруга, струм і потужність імпульсного розряду у воді.
Таблиця 3.1. Часові та електричні характеристики розряду.
-
Напруга
Імпульс
TU, нс
<TU>, нс
Umax, кВ
<Umax>, кВ
1
112
85
52,1
52,2
2
58
52,3
Струм
Імпульс
TI, нс
<TI>, нс
Imax, А
<Imax>, А
1
100
83
71
73
2
65
75
Потужність
Імпульс
Pmax, МВт
<Pmax>, МВт
S, МВт
<S>, МВт
Q, Вт/см3
<Q>, Вт/см3
Vр,см3
1
2,7
3,2
164
139,7
6,98·1010
5,9·1010
23,5·10-4
2
3,7
115,4
4,91·1010