13.3.4. Измерения плотности предыонизации от отдельной искры

Измерения эффективности образования фотоионных пар отдельной искрой приводят к результатам, которые используются при конструировании сборных искровых разрядников, при моделировании лазерных разрядов и для сравнения с расчетами, основанными на измеренных спектрах искровых разрядов и сечениях УФ поглощения и фотоионизации.

Впервые прямые измерения плотности предыонизации, создаваемой отдельной искрой, выполнили Сегуин и др. [133—135] с использованием микроволнового интерферометра. Они определяли плотность электронов в зависимости от общего давления газа при фиксированном расстоянии от искрового источника ультрафиолетового излучения для различных газов и газовых смесей, включая

вещества с низким порогом ионизации, а именно трипропиламин, триэтиламин, ацетон, метилкетон и бензол. Эти авторы измеряли также изменение плотности электронов с расстоянием при фиксированном давлении. Сегуин и др. [133], а также Джадд и Вэйда [72] для измерения плотности электронов в зависимости от расстояния использовали цилиндр Фарадея. Эти эксперименты дали полезную информацию. Однако полученные результаты являются полуколи-чественными, и их нельзя непосредственно применить в расчетах конструкций сборных искровых разрядников. В частности, микроволновая интерферометрия дает лишь среднюю величину плотности электронов по объему, определяемому размером микроволнового пучка. В некоторых случаях (см., например, работу [134]) измеренная плотность электронов уменьшается медленнее, чем по закону где — расстояние от искры до области, в которой производятся измерения. Ниже мы покажем, что в случае точечного источника реальная плотность электронов должна уменьшаться по крайней мере как Сегуин и др. [133] указывают также на то, что данные, полученные с помощью цилиндра Фарадея, на порядок превосходят результаты микроволновых измерений, и одним из возможных объяснений этого предполагают наличие фотоэмиссии со стенок цилиндра Фарадея.

Рис. 5. Схематическое представление установки для изучения фотоионизации. 1 — сборный искровой разрядник; 2— управляемый переключатель; 3 — искра; 4 — электрод под высоким напряжением; 5 — диафрагма; 6 — коллекторы; 7 — защитный электрод; 8 — регистрирующая аппаратура; 9 — резистор.

Бэбкок и др. [10], а также Суре [139, 140] выполнили более точные измерения с использованием устройства, аналогичного тому, схема которого изображена на рис. 5. В этом устройстве свет, излучаемый искрой, коллимируется диафрагмой в конус с телесным углом который захватывает область, соответствующую однородному

распределению поля в системе сбора электронов. Фотоэлектроны (а в некоторых случаях отрицательные ионы) собираются на электрод из области, которая имеет форму диска. Суммарное число электронов и ионов, собранных на некотором расстоянии пропорционально где плотность числа фотоионных пар, создаваемых на расстоянии Следовательно, измеряемое пространственное ослабление скорости образования фотоионных пар является непосредственной мерой поглощения УФ фотонов, участвующих в фотоионизации.

Бэбкок и др. [10] измеряли образование фотоэлектронов в и в некоторых смесях — Не. Они сделали вывод, что процес фотоионизации является одноступенчатым и что в смесях, которые они исследовали, поглощение было полностью обусловлено компонентой СО2, содержание которой в смеси было равно 10—17%. Аналогичные результаты получили Охвадано и Секигути [109] при использовании электростатического зонда. Кроме того, эти авторы проводили исследования при использовании в качестве присадки трипропиламина.

Рис. 6. Измеренные плотности фотоионных пар, умноженные на для смеси при амага.

Суре [139] измерял концентрацию образующихся фотоионных пар от одиночной искры в N2, а также в смесях — Не. С целью увеличения числа фотоионных пар добавлялись и Эти присадки были выбраны в связи с тем, что их можно было использовать при низких температурах, необходимых для работы СО-лазера. На рис. 6 представлены данные,

измеренные для смеси с добавками Все результаты, полученные Суре, включая данные, приведенные на рис. 6, соответствуют тому, что уменьшение числа рожденных фотоионов при увеличении характеризуется только длиной поглощения, а все фотоионные пары создаются благодаря одноступенчатой фотоионизации присадки.

Суре [139] показал, что в широком диапазоне энергий искрового разряда и электрических параметров цепи источника число образующихся фотоионных пар пропорционально величине электрической энергии, вложенной в искру: Он оценил энергию искры путем последовательного подсоединения к излучающей искре вплоть до 60 искровых разрядов, так что основная часть энергии источника вкладывалась в энергию излучения искр, а не рассеивалась на компонентах задающей цепи. Задающая цепь изображена на рис. 5.

Суре [140] измерил также рождение УФ фотоэлектронов для ряда фторсодержащих смесей с инертными газами, относящихся к лазерам на фторидах инертных газов. Используемая при этом установка была аналогична изображенной на рис. 5. Результаты, полученные Суре для Не, смесей Не — инертный газ и Не — инертный газ — фторид, аналогичны описанным выше результатам для смесей СО2- и СО-лазеров. В частности, для большинства случаев зависимости от расстояния представляют собой прямые линии и, как было показано, фотоионизация является одноступенчатым процессом. Для были получены умеренные величины коэффициентов поглощения, приблизительно равные соответственно 30, 70, 100 и