Экспериментальные и теоретические исследования стримерных разрядов методами эмиссионной оптической спектроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат физико-математических наук Щербаков, Юрий Владимирович

• Щербаков, Юрий Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Щербаков, Юрий Владимирович

1. Введение

1.1. Постановка задачи

1.2. Структура и объем диссертации

1.3. Основное содержание работы

2. Обзор литературы

2.1. Концепция стримера

2.2. Наблюдения электрического тока и излучения стримера

2.3. Современные экспериментальные и теоретические исследования

3. Теоретический фундамент метода диагностики

3.1. Метод спектрально-оптической диагностики стримерных разрядов и его применение

3.1.1. Краткое описание результатов данного подраздела

3.1.1.1. Теоретические аспекты и подэтапы представленной работы

3.1.1.2. Общая схема исследований

3.1.2. Фундаментальные спектроскопические интегралы

3.1.3. Заселенности электронных состояний

3.1.3.1. Уравнения непрерывности для заселенностей электронных состояний и их решение

3.1.3.2. Аналитический вывод квазистационарных решений

3.1.4. Частоты и константы скоростей реакций

3.1.4.1. Набор основных частот и констант скоростей реакций

3.1.4.2. Уравнение Больцмана для электронов

3.1.4.3. Интегралы неупругих столкновений

3.1.4.4. Кинетические коэффициенты и скорости процессов

3.1.4.5. Сечения процессов

3.1.4.6. Метод численного решения

3.1.4.7. Консервативная по потоку конечно-разностная схема

3.1.4.8. Иллюстрация численных расчетов

3.1.5. Полуаналитическая модель динамики стримера

3.1.5.1. Набор уравнений модели

3.1.5.2. Аналитическая одномерная модель для стадии стационарного распространения стримера

3.1.5.3. Одномерный параметрический профиль приведенного электрического поля

3.1.5.4. Аксиально-симметричная полуторамерная (1.5D) параметрическая модель головки стримера

3.1.6. Верификация модели

3.1.6.1. Алгоритм и метод численных расчетов осевых профилей

3.1.6.2. Сравнение с результатами двумерного моделирования

3.1.7. Численные расчеты и анализ временных профилей излучения полос азота

3.1.7.1. Экспрессный анализ профилей излучения и синхронного отношения R\

3.1.7.2. Прямой расчет выходных импульсных сигналов

3.1.7.3. Влияние примеси излучения (2,5)-полосы ВПС к (0,0)-полосе ПОС

3.1.7.4. Использование альтернативного набора частот тушения

3.2. Вращательная структура полос излучения азота

3.2.1. Общие замечания

3.2.2. Единицы измерения и коэффициенты пересчета

3.2.3. Распределение заселепностей по вращательным подуровням

3.2.4. Вращательная структура полос второй положительной системы азота

3.2.5. Вращательная структура полос первой отрицательной системы азота

3.2.6. Щелевая функция

3.3. Теоретический фундамент для импульсов электрического тока

3.3.1. Краткий обзор существующих теорий измерения индуцированных стримером токов

3.3.2. Фундаментальные уравнения

3.3.3. Общая эквивалентная схема

3.3.4. Вывод основных соотношений

3.3.5. Краткие выводы

4. Экспериментальная установка и компоненты

4.1. Общая схема установки. Средства калибровки

4.2. Компоненты

4.2.1. Информационно-измерительная система на основе СРГ

4.2.2. Разрядные камеры

4.2.3. Широкополосные усилители

4.2.4. Скоростные фотоумножители и фотодетекторы

4.3. Перечень общих технических характеристик измерительной системы

5. Экспериментальные исследования и результаты

5.1. Измерения электрического тока

5.1.1. Импульсы электрического тока, измеренные с помощью разрядной камеры типа Мароде

5.1.2. Импульсы электрического тока, измеренные с помощью разрядной камеры типа К.Кондо

5.1.3. Обсуждение

5.2. Спектрально-оптические исследования первичного стримера

5.2.1. Количество одновременно развивающихся в промежутке стримеров

5.2.2. Запуск и синхронизация

5.2.3. Осциллограммы выходных импульсных сигналов излучения полос азота

5.2.4. Вращательная структура полос ВПС и ПОС азота

5.2.5. Расчет спектральной щелевой функции

5.2.6. Учет аберраций

5.2.7. Оценка температуры газа в канале стримера

5.2.8. Отношение синхронных временных профилей интенсивностей полос ВПС и ПОС

5.2.9. Восстановленная пространственная структура излучения вдоль разрядного промежутка

5.2.10. Пространственно-временные характеристики первичного стримера

5.2.11. Эффекты стохастической нестабильности развития стримеров

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальные и теоретические исследования стримерных разрядов методами эмиссионной оптической спектроскопии»

1.1. Постановка задачи

Название работы: Экспериментальные и теоретические исследования стримерных разрядов методами эмиссионной оптической спектроскопии

Актуальность темы определяется крупной научно-технической проблемой экспериментального и теоретического исследования электрических разрядов в газовых промежутках.

Стримерный разряд (стримерная стадия) является одной из важнейших начальных стадий полного или незавершенного электрического разряда в газах. В воздушных промежутках атмосферной плотности уединенный стример обладает, как правило, характерной нитевидной структурой, умеренной степенью ионизации нейтрального газа в канале в диапазоне 10"6+10"4 относительных единиц, высокими электрическими полями в области головки 400-5-800 Тд и высокими скоростями распространения (2-s-20)xl07 см/с. В резко-неоднородных полях под воздействием высоких импульсных напряжений с коротким фронтом стримерный разряд обычно развивается в виде сильно-разветвленной структуры, состоящей из отдельных нитевидных каналов. Эти свойства можно считать характерными для большого разнообразия электрических разрядов в длинных и коротких промежутках.

Стримерный разряд как одна из начальных стадий определяет характеристики газовой изоляции. Большое применение стримерный разряд находит в различных электроразрядных технологиях: в устройствах для очистки воздуха от оксидов серы и азота и от органических газообразных примесей, а также в устройствах для производства озона. Непрерывно возникают новые приложения стримерных разрядов как покоящейся окружающей среде, так и в движущейся. В последнее десятилетие большой интерес в мире возник к стримерным разрядам в связи с эффектами их воздействия на свойства течения окружающего газа в приложении к проблеме снижения аэродинамического сопротивления летательных аппаратов, снижения акустических шумов и др.

Для повышения качества работы и эпергоэффективиости технологических электроразрядных установок большое значение имеет более правильный выбор режимов горения разряда. Достаточно привести пример из области очистки топочных газов тепловых электростанций. В первых установках энергоэффективиость газоочистки составляла около 700 эВ/мол, тогда как сегодня в лучших пилотных технологических образцах эта цифра снижена до 12-И5 эВ/мол. Если в первом случае для качественной очистки топочных газов до уровня ПДК требовалось затратить энергии больше, чем производила станция целиком, то во втором случае эта цифра составляет 2+3 % от мощности электростанции, что определят успешность метода в практических приложениях.

Все сказанное выше определяет значимость текущих и дальнейших экспериментальных исследований стримерных разрядов в целом.

Большой информативной значимостью обладают спектрально-оптические методы исследований структуры и физических параметров стримерных разрядов. Несмотря на систематические успехи в данной области исследований, полный объем полученных данных о стримерных разрядах еще далек от завершения. Успехи применения спектрально-оптических методов диагностики растут параллельно с углублением общетеоретического осмысления стримерных разрядов, с повышением возможностей численного моделирования с применением персональных компьютеров, с расширением и уточнением базы данных в смежных научных областях, а также с непрерывным совершенствованием средств измерений.

Неслучайно в последнее десятилетие появилось много работ, посвященных спектрально-оптической диагностике стримерных разрядов различных типов. В этих работах получено немало новых данных, а многие ранее известные данные и свойства получены и описаны па новом методическом уровне. При исследовании стримерных разрядов в коротких воздушных промежутках наибольшее развитие получили методы спектрально-оптической диагностики, основанные на измерении эмиссионных спектров полос первой отрицательной (ПОС) и второй положительной (ВПС) систем молекулярного азота. Настоящая работа посвящена дальнейшему развитию этого актуального направления исследований.

Целыо данной работы является исследование физических параметров стримерного разряда в коротких воздушных промежутках спектрально-оптическим методом, основанным на измерении и анализе эмиссионных спектров (0,0)-полос первой отрицательной (ПОС) и второй положительной (ВПС) систем молекулярного азота.

Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Создать экспериментальную установку для спектрально-оптической диагностики с применением высокоскоростных ФЭУ, обеспечивающую высокостабильные характеристики разряда с течением времени и обладающую высокими чувствительностью и пространственно-временным разрешением на уровне 0.2+0.8 не и 0.01+0.1 мм. При сопоставимом пространственном разрешении и светосиле временное разрешение создаваемой установки должно превзойти в 10+20 раз временное разрешение, достигаемое в аналогичных установках. Это позволит впервые провести измерения световых сигналов с адекватным разрешением в отличие от прежних исследований, в которых длительность световых сигналов оказывалась в десятки раз больше, чем следовало из теоретических оценок.

2. Разработать метод спектрально-оптической диагностики стримерных разрядов, основанный на измерении абсолютных и относительных интенсивностей (АОИ) синхронизированных локальных временных профилей (0,0)-полос ПОС и ВПС азота. Методы АОИ, применяемые ранее для анализа световых сигналов, регистрируемых без адекватного пространственно-временного разрешения и синхронизации, не дают детальной информации, а также имеют большие погрешности и неоднозначность при восстановлении физических параметров стримера из результатов измерений световых сигналов. Кроме того, стандартный метод АОИ имеет принципиальный недостаток, обусловленный несовпадением максимумов сигналов различных полос азота, соответствующих различным физическим координатам распространяющихся фронтов.

3. Провести измерения локальных синхронизированных временных профилей излучения полос азота в абсолютных единицах целиком на протяжении разрядного промежутка при развитии положительной периодической стримерной короны постоянного тока (ППСКПТ) в высокостабильном предпробойном режиме ее горения в воздухе атмосферной плотности.

4. По результатам экспериментальных исследований определить двумерную структуру и физические параметры в головке первичного стримера, в первую очередь такие как: приведенное электрическое поле, концентрация электронов и радиус стримера.

Методы исследования:

Для решения поставленных задач использовались аналитические методы, положения теории электрического разряда в газах, численное моделирование с применением персональных компьютеров, методы экспериментальных исследований слабоионизовапной плазмы, техника оптической спектроскопии, методы и техника сверхбыстрых оптических и радиоизмереиий.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые создана и использована экспериментальная установка для спектрально-оптической диагностики с применением высокоскоростных ФЭУ, обеспечивающая высокостабильные характеристики разряда с течением времени и обладающая рекордными чувствительностью и пространственно-временным разрешением па уровне 0.2-ь0.8 пс и 0.01+0.1 мм в режиме регистрации однократных импульсов.

2. Впервые предложен метод синхронного отношения абсолютных временных профилей (0,0)-полос ВПС и ПОС азота, обобщающий традиционные методы АОИ для распространяющихся фронтов с высокими градиентами величин. Особенностью метода является измерение синхронизированных временных профилей излучения полос азота в абсолютных единицах с высоким временным и пространственным разрешением в продольном направлении (1L разрешением) вдоль оси разрядного промежутка. Данный диагностический метод, позволяющий восстановить прямым методом подгонки двумерную структуру головки стримера без проведения измерений с пространственным разрешением в радиальном направлении, основан на двух взаимосвязанных положениях, предложенных и реализованных впервые:

2.1. Полуаналитическая полуторамерная (1.5D) параметрическая гидродинамическая модель головки стримера в стадии стационарного распространения стримера в средней части промежутка, составляющая теоретическую основу метода диагностики в части описания свойств плазмы разряда. В рамках модели разработай соответствующий эффективный численный алгоритм для расчета пробных профилей излучения и физических параметров в головке стримера, позволяющий реализовать процедуру подгонки пробных теоретических профилей, рассчитанных прямым методом, к экспериментальным профилям.

2.2. Полная спектроскопическая методика регистрации и расчета эмиссионного излучения (0,0)-полос ВПС и ПОС распространяющихся стримериых разрядов, учитывающая характеристики всех компонент спектрально-оптического измерительного канала, включая пространственно-временное разрешение и разрешение по длинам волн.

3. Впервые проведены измерения синхронизированных абсолютных временных профилей (0,0)-полос ПОС и ВПС азота в первичном стримере ППСКПТ при атмосферной плотиости, выполненные с адекватными синхронностью, пространственно-временным и спектральным разрешением в многофотонном режиме работы ФЭУ.

4. По результатам экспериментальных исследований впервые выполнена полная реконструкция двумерной структуры и определены физические параметры в головке первичного стримера, такие как: приведенное электрическое поле, концентрация электронов и его радиус.

Практическая значимость:

1. Созданная экспериментальная установка и метод диагностики могут использоваться как основа для дальнейших аналогичных исследований, обеспечивающих более высокий уровень достоверности результатов, чем ранее, применительно к более широкому классу электрических разрядов.

2. Практически реализовано и показано, что исследовательские установки для спектрально-оптической диагностики стримерных разрядов в воздухе атмосферной плотности классическим щелевым методом с пространственным разрешением в продольном направлении могут быть созданы на основе ФЭУ в многофотонном режиме, которые обеспечивают полностью адекватное пространственно-временное разрешение. Преимущество использования ФЭУ в многофотонном режиме по классической схеме перед другими способами состоит, прежде всего, в наивысшей достоверности при измерении формы импульсного сигнала, а также в наличии хорошо разработанного метрологического обеспечения для абсолютных измерений.

3. Экспериментальные результаты, полученпые с адекватным пространственно-временным разрешением почти во всех точках разрядного промежутка, устанавливают, что длительности спектрально-оптических сигналов в полосах ПОС и ВПС азота составляют от долей до единиц наносекунд, что в 10-^20 раз короче, чем обычно фигурирует в научной литературе. Такие короткие длительности оптических сигналов даже без детального анализа показывают, что характерные геометрические размеры головки стримера составляют доли миллиметра.

4. Полученные результаты по измерению электрических полей и концентраций электронов в головке стримера подтверждают основные положения теории стримерного разряда в коротких воздушных промежутках.

5. Полный набор других экспериментальных результатов, включая измерения в приэлектродных областях, анализ которых в данной диссертационной работе был выполнен только качественно, могут служить опорными данными для верификации теорий стримерного разряда, в том числе основанных па моделях, учитывающих нелокальные и существенно нестационарные процессы в сильных электрических полях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Параметры экспериментальной установки для спектрально-оптической диагностики на основе высокоскоростных ФЭУ, обеспечивающей рекордное пространственно-временное разрешение на уровне 0.2+0.8 не и 0.01+0.1 мм при адекватной светосиле в многофотонном режиме работы ФЭУ как при регистрации однократных импульсов, так и с накоплением.

2. Метод синхронного отношения абсолютных временных профилей (0,0)-полос ВПС и ПОС молекулярного азота, обобщающий традиционные методы АОИ и включающий две составные части:

2.1. Полуторамерная (1.5D) параметрическая гидродинамическая модель головки стримера в стадии стационарного распространения в средней части промежутка, а также соответствующий численный алгоритм для расчета пробных профилей излучения и физических параметров в головке стримера.

2.2. Полная спектроскопическая методика регистрации и расчета эмиссионного излучения (0,0)-полос ВПС и ПОС в абсолютных единицах.

3. Результаты измерений синхронизированных абсолютных временных профилей (0,0)-полос ПОС и ВПС азота в первичном стримере ППСКПТ при атмосферной плотности, выполненные при адекватной синхронности и пространственно-временном разрешении в многофотонном режиме работы ФЭУ.

4. Результаты экспериментальных исследований в части двумерной структуры и физических параметров в головке первичного стримера, такие как: приведенное электрическое поле, концентрация электронов и радиус стримера.

Личный вклад соискателя:

Из 20 работ, опубликованных по теме диссертации, 14 выполнены с соавторами и 6 без соавторов. Главная содержательная часть диссертационной работы, отраженная в указанных публикациях, выполнена в рамках самостоятельного подразделения 28.3 ВНИЦ ВЭИ (руководитель Ю.В.Щербаков) при выполнении конкурсного проекта МНТЦ№1123 (руководитель Ю.В.Щербаков). Все публикации и диссертация подготовлены на основе Заключительного отчета МНТЦ, а также материалов в стадии подготовки предложения по проекту и его выполнения. Целиком совпадающие цели и задачи настоящей диссертационной работы и проекта № 1123 были поставлены соискателем самостоятельно. Выполнение работы в целом осуществлялось под руководством соискателя.

Соискатель проводил исследования, готовил данные и тексты, формулировал выводы для статей [17,18] и докладов [2,3,5-7,9-12,14,16,20], опубликованных с соавторами. Примерный вклад и объем работ отражены в полном дополнительном списке опубликованных научных работ соискателя (всего 59 работ), посвященных исследованию электрических разрядов в коротких и длинных воздушных промежутках. Статьи и доклады [1,4,8,13,15,19] подготовлены и опубликованы соискателем самостоятельно без соавторов. Личный вклад соискателя в работы, опубликованные с соавторами, состоит в постановке и решении проблем, в планировании и разработке экспериментальных методик измерения и теоретических методов анализа полученных результатов, в проведении измерений и обработке экспериментальных результатов, в выполнении расчетов по существующим теориям, формулировке выводов, а также представлении докладов на конференциях. Соискатель полиостью подготовил диссертацию, положения, которые выносятся на защиту и выводы. Таким образом, личный вклад автора диссертации в диссертационную работу и получение научных результатов, которые выносятся па защиту, является определяющим.

Апробация работы:

Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

• международной конференции по электрической изоляции и диэлектрическим явлениям - (CEIDP, Austin, Texas, USA: October 17-20,1999);

• Всероссийском электротех. конгрессе (М.: июнь/июль 28-03,1999);

• 8м международном симпозиуме «Электротехника 2010» (М.: май 23-27,2005);

• двадцать седьмом Международном конгрессе по высокоскоростной фотографии и фотонике- (ICHSPP: Xi'an, China, Sep 17-22, 2006);

• на научно-техническом совете ГУП ВЭИ имени В.ИЛенина «Высоковольтная импульсная и преобразовательная техника»;

• на семинаре научного центра "Физики неравновесных систем" МФТИ.

Публикации:

По основному содержанию и результатам опубликовано 20 печатных научных работ, из них: 2 тезиса докладов на международных конференциях, 14 докладов на международных конференциях, одна печатная работа в ВИНИТИ и 3 статьи в рецензируемых журналах (1 - в российском, 2 - в зарубежном).

1. Щербаков 10 В 1997 Физические параметры стримерных разрядов в воздухе Деп. в

ВИНИТИ№3237-В97 от 31 октября 1997 г. 45 с.

2. Shcherbakov Yu V, Lupeiko А V, Zyuzin L N and Rybak V V 1998 The informationalmeasuring system of nanosecond (sub-nanosecond) pulse signals Proceedings of the 29th Plasmadynamics and Lasers Conference of the American Institute of Aeronautics and Astronautics (29"' AlAA PDL-5 Conf) (Albuquerque, June 15-18, 1998) ID: 982659

3. Bortnik I M and Shcherbakov Yu V 1999 The eventual role of the streamer-cathode interaction in applying to the electrotechnology Proceedings of the All-Russian Electrotechnical Congress (ВЭЛК99, WELC99) (Moscow, June/July 28-03, 1999) 1 237-8, ID.-4-46

4. Shcherbakov Yu V 1999 Spectroscopic study of the filamentary streamer discharges. 1.

Analysis of two-dimensional structure of the streamer head Proceedings of the XXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG) (Warsaw, July 1116,1999) ID: P-214 2 167-8

5. Bortnik IM, Shcherbakov Yu V and Zyuzin L N 1999 Spectroscopic study of the filamentary streamer discharges. 2. Experimental ibid. ID: P-213 2 165-6

6. Bortnik I M, Shcherbakov Yu V and Zyuzin L N 1999 Spectroscopic study of positive streamer in short air gap Proceedings of the XI International Symposium on High-Voltage Engineering (ISH99), (London, August 23-27, 1999) (Conf. Publ. No. 467) 3 23-26

7. Shcherbakov Yu V, Shilova A V and Syssoev V S 1999 The near-surface evolution of streamer discharges Annual Report of the Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) (Austin, Texas, USA: October 17-20, 1999) 2 662-5

8. Shcherbakov Yu V 2001 Actual probe currents in streamer diagnostics Proceedings of the

XXV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG) (Nagoya, Japan, July 17-22, 2001) 4 81-2

9. Shcherbakov Yu V and Nekhamkin L I 2005 An emission spectroscopy method applied to accurate diagnostics of initial stages of the gas discharges Proceedings of the VIII Symposium "Electrical Engineering 2010" (Moscow, Russia: May 23-27, 2005) ID:7.12

10. Shcherbakov Yu V and Nekhamkin L I 2005 Accurate spectroscopic studies of streamer discharges. 1. Experimental results Annual Report of the Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) (Nashville, Tennessee, USA, October 1619, 2005) 589-592

11. Shcherbakov Yu V and Nekhamkin L I 2005 Accurate spectroscopic studies of streamer discharges. 2. Theoretical background and analysis Annual Report of the Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) (Nashville, Tennessee, USA, October 16-19, 2005)) 593-596

12. Shcherbakov Yu V and Sigmond R S 2006 Novel high-resolved experimental results by subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges Proceedings of the 37th Plasmadynamics and Lasers Conference of the American Institute of Aeronautics and Astronautics {37th A1AA PDL Conf) (San Francisco, USA: June 5-8, 2006) ID: AIAA-2006-3758

13. Щербаков Ю В 2006 Прецизионные спектральные исследования положительной стримерной короны постоянного тока Электричество No 9 80-7

14. Shcherbakov Yu V, Nekhamkin L I and Domashenko G D 2006 An accurate automatic spectropyrometric calibrator Proceedings of the 27th International Congress on HighSpeed Photography and Photonics (1CHSPP: Xi'an, China, Sep 17-22, 2006) Abstract ID #044 83-4

15. Shcherbakov Yu V 2006 A fully self-consistent parametric 2D model of the filamentary streamer head as applied to spectral diagnostics of streamer discharges Annual Report of the Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) (Nashville, Tennessee, USA, October 16-19, 2005) 101-104

16. Shcherbakov Yu V and Nekhamkin LI 2006 An analysis of highly synchronized and spaceand-time resolved nitrogen FNS and SPS emission temporal waveforms produced by the repetitive DC streamer corona Annual Report of the Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) (Nashville, Tennessee, USA, October 16-19, 2005) 105-108

17. Shcherbakov Yu V and Sigmond R S 2007 Subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges. I: Basic experimental results Journal of Physics D: Applied Physics 40 46073

18. Shcherbakov Yu V and Sigmond R S 2007 Subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges. II: Theoretical background Journal of Physics D: Applied Physics 40 474-87

19. Shcherbakov Yu V 2007 Novel high-resolved spectroscopic studies of positive streamer corona Proceedings of the SPIE 6279 62795U

20. Shcherbakov Yu V and Domashenko G D 2007 A high-speed high-responsive PMT-based detector Proceedings of the SPIE 6279 62791F

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Щербаков, Юрий Владимирович

6. Заключение

6.1. Краткий анализ и сводка результатов

В работе представлены полученные с высоким пространственно-временным разрешением результаты взаимно-коррелированных спектрально-оптических и электродинамических исследований положительной стримерной короны постоянного тока в коротком воздушном промежутке в высокостабильном предпробойном режиме ее горения. Особое внимание было уделено измерению абсолютных интенсивностей второй положительной (ВПС) и первой отрицательной (ПОС) систем молекулярного азота, а также дальнейшему повышению пространственно-временного разрешения наряду с высокой синхронизацией и стабильностью.

1. Прецизионные синхронные измерения электрического тока, вытекающего из анодного острия в разрядный промежуток и далее втекающего в тело катода целиком и/или в сравнительной маленький катодный датчик, расположенный по оси катода, показали, что только уединенный нитевидный стример распространяется вдоль разрядного промежутка в течение каждого стримерного импульса в высокостабилыюм режиме их следования. Этот факт гарантирует надежность и достоверность измерений абсолютных временных профилей (0,0)-полос ВПС и ПОС азота как режиме регистрации однократных импульсов, так и в режиме их накопления и усреднения.

2. Методически, спектрально-оптические измерения были разделены на две категории. Во-первых, для верификации адекватности инструментального разрешения были зарегистрированы истинные временные профили (0,0)-полос ВПС и ПОС вблизи поверхности катода в режиме регистрации однократных импульсов с помощью измерительной системы на основе аналого-цифрового регистратора СРГ7, используя, тем самым, многофотонный режим работы ФЭУ. Было обнаружено, что вблизи катода временные профили являются наиболее крутыми и короткими в сравнении с профилями, полученными в других точках разрядного промежутка.

В прикатодной области эмиссионные временные профили полос ПОС и ВПС в стадии развития первичного стримера были зарегистрированы при взаимно-коррелированной синхронизации не хуже 0.1 не, а также при пространственно-временном разрешении около 0.01-0.1 мм вдоль оси стримера и 0.2-0.4 не в многофотонном режиме работы ФЭУ и режиме регистрации однократных сигналов измерительной системы. Наиболее короткое время нарастания соответствующих выходных импульсов напряжения составило около 0.3-0.4 ис для (0,0)-полосы ВПС и 0.2-0.3 не для (0,0)-полосы ПОС; а ширина на полувысоте (ШПВ) около 1.4-1.5 не и 0.5-0.6 не, соответственно.

Исходя из вышесказанного можно заключить, что ШПВ временных профилей ВПС является действительно полностью достоверной вследствие значительно более высокого временного разрешения измерительной системы в сравнении с ШПВ зарегистрированных временных профилей, а именно при ШПВ отклика ФЭУ на £импульс около 0.3+0.4 не против 1.5 не для профиля ВПС. Это показывает, что минимальная ШПВ временных профилей (0,0)-полосы ВПС не может быть меньше, чем 1.4-1.5 не. В других точках ее величина может быть только больше.

В то же время, минимальная ШПВ временных профилей (0,0)-полосы ПОС близка к полному пространственно-временному разрешению измерительной системы. В экспериментах наблюдались длительности (ШПВ) сигналов, статистически распределенные между 0.5 и 0.6 нс. Природа стохастических флуктуаций в пределах 0.1+0.2 не может быть связана с фактическими флуктуациями свойств стримера от импульса к импульсу, а также с разбросом отклика ФЭУ вблизи границы временного разрешения. Тем не менее, можно утверждать, что такая ШПВ временных профилей (0,0)-полосы ПОС вполне разрешена во времени и соответствует фактической минимальной величине. Эти временные профили могут служить опорными данными для верификации теорий стримерного разряда в прикатодной области, в том числе основанных на моделях, учитывающих нелокальные и существенно нестационарные процессы в сильных электрических полях.

Данные временные профили могут быть также для верификации прецизионных результатов, полученных в подобных условиях Икутой и Кондо с использованием однофотонной техники счета на основе времени-амплитудиых конверторов при экстремально высоком пространственно-временном разрешении [25]. С общей точки зрения в их исследованиях получен парадоксальный результат, а именно ШПВ сигналов ПОС, составившая около 1.6+1.8 не, оказалась больше, чем ШПВ сигналов ВПС, составившая около 0.8+0.9 не, тогда как в наших экспериментах эти ШПВ равны 0.4+0.6 не и 1.4+1.5 не, соответственно. С общей точки зрения, импульсные сигналы в полосах ПОС азота должны быть острее и уже, чем в полосах ВПС, вследствие большей частоты тушения этих состояний. Способ регистрации, основанный на использовании времени-амплитудных конверторов для исследования сильно-стохастичных процессов в режиме накопления в течение нескольких сотен тысяч или миллионов однократных стримерных импульсов, видимо, приводит к некоторым трудно выявляемым погрешностям. Следует также отметить, что новая техническая реализация подобного способа измерений в работах по исследованию барьерного разряда [52,53] в промежутках около 1 мм дала адекватное соотношение полуширин сигналов ВПС и ПОС.

3. В стадии стационарного распространения стримера, то есть в средней части разрядного промежутка в пределах от 6.5 до 1 мм от катода, было обнаружено, что ШПВ сигналов в обеих полосах существенно больше, а их амплитуды существенно меньше, чем вблизи катода. Апеллируя к измерениям в режиме однократных импульсов с наивысшим разрешением вблизи катода, детальные исследования пространственно-временной структуры излучения обеих полос было проведено в режиме накопления и усреднения измерительной системы на основе осциллографа Tektronix3052. Сверхскоростной ФЭУ средней чувствительности (7о5=0.4 не, =103 А/Вт) #02546 был заменен на высокочувствительный ФЭУ умеренного быстродействия (~105А/Вт, 7о5=0.8 пс) #02615. Временное разрешение высокочувствительного ФЭУ было вполне адекватным в данном пространственном домене для регистрации временных профилей ВПС и немного недостаточным для профилей ПОС. С другой стороны, такая небольшая нехватка временного разрешения становится совсем несущественна на расстояниях от катода больших, чем 3-4 мм, где стохастический разброс следования временных профилей от импульса к импульсу становится больше временного разрешения.

Такой комбинированный способ измерений позволил зарегистрировать излучение обеих полос на протяжении всего разрядного промежутка с почти адекватным пространственным разрешением и с приемлемыми экспериментальными ошибками. Несмотря на то что имеются также и другие усредняющие и сглаживающие факторы (хроматические аберрации, длина расфокусировки, неравномерное освещение входной щели монохроматора и др.), высокая степень синхронизации взаимно-коррелированных временных профилей существенно уменьшает множество неопределенностей, так как усредняющие факторы можно корректно учесть с помощью теоретических расчетов и экспериментальных калибровок.

4. Также были определены вспомогательные параметры в канале стримера. С помощью вращательного спектра (0,0)-полосы ВПС, полученного при среднем разрешении по длинам волн, определена температура газа. Полученная температура Tg =450+40 К согласуется с температурой Tg =450+20 К, измеренной Хартманном [32] почти при тех же условиях в разрядном промежутке и в том же самом режиме горения положительной периодической стримерной короны постоянного тока.

5. Было найдено, что для принятой специальной конфигурации электродов и точечного анода скорость распространения первичного стримера на протяжении основной части разрядного промежутка почти постоянна и составляет около 3-107см/с. В этом специальном режиме можно успешно применять квазистационарную модель развития первичного стримера.

6. Учитывая все характеристики спектрально-оптического канала, все условия в разрядном промежутке и параметры калибровок, детально описанные в данной работе, можно рассчитать различные оптические и электродинамические характеристики первичного стримера, которые, в свою очередь, можно использовать для верификации теории стримера.

7. Прежде всего, полученные в работе экспериментальные результаты предназначены для определения электрического поля и концентрации электронов. Несмотря на то что синхронизированные временные профили излучения полос азота получены без пространственно разрешения в радиальном направлении (OR), а только с разрешением в продольном направлении (1L), они характеризуются высокой способностью для реконструкции объемной концентрации электронов. Так как фактические выходные временные профили световых сигналов полос обеих систем ПОС и ВПС излучения азота представляют собой сложную свертку многих параметров собственно стримера и инструментальных средств, то прецизионные взаимно-коррелированные измерения с lL-пространственным разрешением могут оказаться значительно более полезными для выявления 20-структуры стримера, чем измерения с lLxlR-пространственным разрешением при неадекватных временном разрешении, синхронизации и стохастическом разбросе. Упрощенная самосогласованная 1.50-модель головки стримера, разработанная в данной работе, предназначена именно для реконструкции 20-структуры электрического поля и концентрации электронов в головке стримера.

8. В данной работе разработан полностью самосогласованный метод диагностики стримерно-разрядной плазмы, основанный на анализе абсолютных интенсивностей второй положительной (ВПС) и первой отрицательной (ПОС) систем молекулярного азота. Теория метода объединяет спектроскопическую методику расчета временных профилей абсолютных интенсивностей (0,0)-полос ВПС и ПОС, а также самосогласованную полуаналитическую параметрическую аксиально-симметричную полуторамерную (1.5D) модель головки нитевидного стримера.

Спектроскопическая методика учитывает характеристики всех компонент спектрально-оптического измерительного канала, включая пространственно-временное разрешение и разрешение по длинам волн. Также учитываются: хроматическая аберрация фокусирующей осветительной линзы, погрешности в настройке изображения объекта на входную щель, а также коррекция щелевой функции при неравномерном освещении вдоль ширины входной щели монохроматора.

Модель головки стримера характеризуется некоторым пробным согласованным допустимым осевым параметрическим профилем электрического поля в совокупности с профилями концентраций электронов и пространственного заряда, полностью согласованных друг с другом и с пробным электрическим полем. Дополнительно конструируется соответствующая двумерная (2D) конфигурация для поля и для концентрации электронов через специальные эллипсоподобные геодезические линии. Абсолютные величины и синхронное отношение временных профилей (0,0)-полос ВПС и ПОС, разрешенных во времени и в продольном направлении пространственно (1L-разрешение), отношение их амплитуд и полная мощность излучения обоих профилей были использованы для реконструкции 2D структуры головки стримера.

9. С помощью процедуры подгонки непосредственно рассчитываемых профилей выходных импульсных сигналов к экспериментальным, описанным в главе 5, было найдено, что приведенное электрическое поле и концентрация электронов в головке стримера в средней части промежутка составляют 430-500 Тд и (2-3)х1014 см-3, соответственно, причем 500 Тд для набора частот тушения в форме Али [22], а 430 Тд - в форме Панчешпого [30]. А соответствующее абсолютное электрическое поле, таким образом, составило 70-80 кВ/см при начальной температуре газа в канале периодического стримера около 450 К (см. выше). Кроме того, были выявлены радиальные параметры 2D-структуры головки стримера, которые составили: радиус электронной плотности канала стримера в Гауссовой форме - около г„=0.1 мм, радиальная полуось проекции линии хребта электрического поля на плоскость - около ^=0.4 мм.

10. Полученные результаты по измерению электрических полей и концентраций электронов в головке стримера подтверждают основные положения теории стримерного разряда в коротких воздушных промежутках.

6.2. Главные итоги и новизна полученных результатов

1. Впервые создана и использована экспериментальная установка для спектрально-оптической диагностики с применением высокоскоростных ФЭУ, обеспечивающая высокостабильные характеристики разряда с течением времени и обладающая рекордными чувствительностью и пространственно-временным разрешением на уровне 0.2+0.8 не и 0.01+0.1 мм в режиме регистрации однократных импульсов.

2. Впервые предложен метод синхронного отношения абсолютных временных профилей (0,0)-полос ВПС и ПОС азота, обобщающий традиционные методы АОИ для распространяющихся фронтов с высокими градиентами величин. Особенностью метода является измерение синхронизированных временных профилей излучения полос азота в абсолютных единицах с высоким временным и пространственным разрешением в продольном направлении (1L разрешением) вдоль оси разрядного промежутка. Данный диагностический метод, позволяющий восстановить прямым методом подгонки двумерную структуру головки стримера без проведения измерений с пространственным разрешением в радиальном направлении, основан на двух взаимосвязанных положениях, предложенных и реализованных впервые:

2.1. Полуаналитическая полуторамерпая (1.5D) параметрическая гидродинамическая модель головки стримера в стадии стационарного распространения стримера в средней части промежутка, составляющая теоретическую основу метода диагностики в части описания свойств плазмы разряда. В рамках модели разработан соответствующий эффективный численный алгоритм для расчета пробных профилей излучения и физических параметров в головке стримера, позволяющий реализовать процедуру подгонки пробных теоретических профилей, рассчитанных прямым методом, к экспериментальным профилям.

2.2. Полная спектроскопическая методика регистрации и расчета эмиссионного излучения (0,0)-полос ВПС и ПОС распространяющихся стримерных разрядов, учитывающая характеристики всех компонент спектрально-оптического измерительного канала, включая пространственно-временное разрешение и разрешение по длинам волн.

3. Впервые проведены измерения синхронизированных абсолютных временных профилей (0,0)-полос ПОС и ВПС азота в первичном стримере ППСКПТ при атмосферной плотности, выполненные с адекватными синхронностью, пространственно-временным и спектральным разрешением в многофотонном режиме работы ФЭУ.

4. По результатам экспериментальных исследований впервые выполнена полная реконструкция двумерной структуры и определены физические параметры в головке первичного стримера, такие как: приведенное электрическое поле, концентрация электронов и его радиус.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Щербаков, Юрий Владимирович, 2007 год

1. Flegler Е and Raether Н 1935 Z. Tech. Phys. 16 435

2. Flegler E and Raether H 1936 Z. Phys. 99 635

3. Flegler E and Raether H 1936 Z. Phys. 103 315

4. Loeb L В and Leigh W 1937 Phys. Rev. 51 149A

5. Loeb L В 1939 Fundamental processes of electrical discharges in gases (Whiley, New York)p426

6. Meek J M 1940 Phys. Rev 57 722

7. Townsend J S 1910 The theory of ionization of gases by collision (Constable, London)

8. Ward A L 1958 Phys. Rev. Ill 671

9. Ward A L 1961 in Proceedings of the 5th international conference on phenomena in ionizedgases (Munchen, North-Holland, Amsterdam 1962) 1595

10. Ward A L 1962 J. Appl. Phys. 33 2789

11. Ward A L 1965 Phys. Rev. 138A 2046

12. Davies A J, Davies С S and Evans С J 1971 Proc. IEE118 816

13. Kline L E 1974 J. Appl. Phys. 45 2046

14. G W Trichel 1938 Phys. Rev. 54 1078

15. G W Trichel 1939 Phys. Rev. 55 382

16. Kip A F 1939 Phys. Rev. 55 549

17. Loeb L В and Meek J M Mechanism of the electric spark (Stanford, California: Stanford1. University Press, 1941).

18. English W N 1948 Phys. Rev. 74 170

19. English W N 1950 Phys. Rev. 77 850

20. Bandel H W 1951 Phys. Rev. 84 92

21. Raether H 1949 Ergeb. exakt. Naturw. 22 73

22. Amin M R 1954 Fast time analysis of intermittent point-to-plane corona in air. II. Thepositive preonset streamer corona J. Appl. Phys. 25 358-63

23. Anderson N E 1958 An investigation of the positive point streamer corona. Part I Arkiv for1. Fysik. 13 399-42224. Same. Part II ibid 441-79

24. Hudson G G and Loeb L В 1961 Streamer mechanism and main stroke in the filamentaryspark breakdown in air as revealed by Photomultipliers and fast oscilloscopic techniques Phys. Rev. 123 29-4226. same ibid 43-50

25. Gallimberti I., Hepworth J К and Klewe R S 1974 Spectroscopic investigation of impulsecorona discharges J. Phys. D: Appl. Phys. 7 880-98

26. Les Renardieres Group. Research on long air gap discharges at les Renardieres 1972 Electra23 53-157

27. Les Renardieres Group. Research on long air gap discharges at les Renardieres. 1973 results.1974 Electra 35 49-156

28. Positive discharges in long air gaps at Les Renardieres. 1975 results and conclusions. 19771. Electra 53 31-153

29. Negative discharges in long air gaps at Les Renardieres. 1978 results. 1981 Electra 74 67216

30. Ikuta N, Ushita T and Yshiguro Y 1970 Positive streamer corona and its propagationmechanism JIEE of Japan 90 52-60 (in Japan)

31. Ikuta N and Kondo К 1976 A spectroscopic study of positive and negative coronas in N2 O2mixture Proc. 4,h ICGD (Swansea, 1976) 227-30

32. Hartmann G Acad. Sci., Paris. B270 p309-12

33. Sigmond R S 1984 The residual streamer channel: Return strokes and secondary streamers J.1. Appl. Phys. 56 №5 1355-70

34. Bertault P, DupuyJ, Gibert A et al 1978 Proc. 5th ICGD (Liverpool, 1978) 332-5

35. Kondo К and Ikuta N 1980 Highly resolved observation of the primary wave emission inatmospheric positive streamer corona J. Phys. D: Appl. Phys. 13 L33-8

36. Kondo К and Ikuta N 1980 The structure of the positive streamer corona and its propagationmechanism Proc. 6th ICGD, Edinburgh 118-21

37. Kondo К and Ikuta N 1990 Spatio-temporal gas temperature rise in repetitive positivestreamer corona in air Journ. of the Phys. Soc. of Japan. 59 No9 3203-16

38. Hartmann G and Gallimberti I 1975 The influence of metastable molecules on the streamerprogressions J. Phys. D: Appl. Phys. 8 670-80

39. Marode E 1975 The mechanism of spark breakdown in air at atmospheric pressure between apositive point and a plane. 1. Experimental: Nature of the streamer track J. Appl. Phys. 46 No5 2005-15

40. Johnson P C, Berger G and Goldman 1977 The temporal behaviour of emission from excitedmetal atoms in the cathode region of a pulsed discharge in air J. Phys. D: Appl. Phys. 10 2245-56

41. Hartmann G and Johnson P С 1978 Measurements of relative transition probabilities and thevariation of the electronic transition moment for nitrogen second positive system J. Phys. B: Atom. Molec. Phys. 11 1597-612

42. Czernichowski A 1987 Temperature evaluation from the partially resolved 391 nm N2+ band

43. J. Phys. D: Appl. Phys. 20 559-64

44. Gravendeel B, Hoog F.J and Schoenmakers MAM 1988 Fast photon counting in negativecorona discharges in the Trichel regime J. Phys. D: Appl. Phys. 21 744-55

45. Spyrou N, Held B, Peyrous R, Manassis Ch and Pignolet P 1990 Gas temperature in asecondary streamer discharge: an approach to the electric wind J. Phys. D: Appl. Phys. 25 211-6

46. Chelouah A, Marode E and Hartmann G 1994 Measurement of rotational and vibrationaltemperatures in low-pressure plasma device using the Abel transform and spectral slit function J. Phys. D: Appl. Phys. 27 770-80

47. Chelouah A, Marode E, Hartmann G and Achat S 1994 A new method for temperatureevaluation in a nitrogen discharge J. Phys. D: Appl. Phys. 27 940-5

48. Pancheshnyi S V, Sobakin S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu 1999 Dynamics ofthe population of the electronic states of molecular nitrogen and the structure of a fast ionization wave Plasma Phys. Rep. 25 326

49. Pancheshnyi S V, Sobakin S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu 2000 Dischargedynamics and the production of active particles in a cathode-directed streamer Plasma Physics Reports 26 1054

50. Pancheshnyi S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu 1999 Population of nitrogenmolecule electron states and structure of the fast ionization wave J. Phys. D: Appl. Phys. 32 2219-27

51. Kozlov К V and Wagner H-E, Brandenburg R, Michel P 2001 Spatio-temporally resolvedspectroscopic diagnostics of the barrier discharge in air at atmospheric pressure J. Phys. D: Appl. Phys. 34 3164-76

52. Brandenburg R and Kozlov К V, Wagner H-E, Morozov A M 2005 Axial and radialdevelopment of microdischarges of barrier discharges in N2/02 mixtures at atmospheric pressure J. Phys. D: Appl Phys. 38 1649-57

53. Brandenburg R and Kozlov К V, Wagner H-E, Morozov A M, Michel P 2005 Investigationof the filamentary and diffuse mode of barrier discharges in N2/02 mixtures at atmospheric pressure by cross-correlation spectroscopy J. Phys. D: Appl. Phys. 38 518-29

54. Paris P and Aints M, Valk F, Plank T, Haljaste A, Kozlov К V, Wagner H-E 2005 Intensityratio of spectral bands of nitrogen as a measure of electric field strength in plasmas J. Phys. D: Appl. Phys. 38 3894-9

55. Pancheshnyi S, Nudnova M and Starikovskii A 2005 Development of a cathode-directedstreamer discharge in air at different pressures: experiment and comparison with direct numerical simulation Phys. Rev. Ell 016407

56. Wang M С and Kunhardt E.E 1990 Streamer dynamics Phys. Rev. A 42 No 4 2366-73

57. Kulikovsky A A 1997 The mechanism of positive streamer acceleration and expansion in airin a strong external field J. Phys. D: Appl. Phys. 33 1515-22

58. Georghiou G E, Morrow R and Metaxas А С 1999 The theory of short-gap breakdown ofneedle-plane gaps in air using finite-difference and finite-element methods J. Phys. D: Appl. Phys. 32 1370-85

59. Georghiou G E, Papadakis A P, Morrow R and Metaxas А С 2005 Numerical modelling ofatmospheric pressure gas discharges leading to plasma production J. Phys. D: Appl. Phys. 38 R303-R328

60. Pancheshnyi S V and Starikovskii A Yu 2003 Two-dimensional numerical modelling of thecathode-directed streamer development in a long gap at high voltage J. Phys. D: Appl. Phys. 36 2683-91

61. Naidis G V 2005 Dynamics of streamer breakdown of short non-uniform air gaps J. Phys. D:1. Appl. Phys. 38 3889-93

62. Yurgelenas Yu V and Wagner H-E 2006 A computational model of a barrier discharge in airat atmospheric pressure: the role of residual surface charges in microdischarge formation J. Phys. D: Appl. Phys. 39 4031-43

63. Brandenburg R and Wagner H-E, Wagenaars E, Brok W J M, Bowden M D 2005

64. Experimental and modelling investigations of a dielectric barrier discharge in low-pressure argon J. Phys. D: Appl. Phys. 39 700-11

65. Navratil Z, Brandenburg R, Trunec D, Brablec A, Stahel P, Wagner H-E, Kopecky Z 2006

66. Comparative study of diffuse barrier discharges in neon and helium Plasma Sources Sci. Technol. 15 8-17

67. Pancheshnyi S V, Starikovskaia S M and Starikovskii A Yu 1997 Measurement of thequenching rate constants of the N2(C) and N2+(B) states by the molecules N2,02 and CO in nanosecond discharge afterglow Plasma Physics Reports 23 664-9

68. Ali A W, McLen E A 1985 Electron density and temperature in the photoionized background gas (N) surrounding a laser-produced plasma J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 23 No4 381-90

69. Creyghton Y L M 1994 Pulsed positive corona discharge Ph.D. Thesis (Eindhoven) p. 228

70. Щербаков Ю В 1997 Физические параметры стримерных разрядов в воздухе Деп. в ВИНИТИ М3237-В97 от 31 октября 1997 г. 45 с.

71. Bortnik I M and Shcherbakov Yu V 1999 The eventual role of the streamer-cathode interaction in applying to the electrotechnology Proceedings of the All-Russian Electrotechnical Congress (.ВЭЛК99, WELC99) (Moscow, June/July 28-03, 1999) 1 237-8, ID:4-46

72. Bortnik IM, Shcherbakov Yu V and Zyuzin L N 1999 Spectroscopic study of the filamentary streamer discharges. 2. Experimental ibid. ID: P-213 2 165-6

73. Bortnik I M, Shcherbakov Yu V and Zyuzin L N 1999 Spectroscopic study of positive streamer in short air gap Proceedings of the XI International Symposium on High-Voltage Engineering (ISH99), (London, August 23-27,1999) (Conf. Publ. No. 467) 3 23-26

74. Shcherbakov Yu V and Shilova A V 1999 A more correct model for the primary-and-secondary streamer phenomena in short air gap Bulletin of the 52nd Annual Gaseous Electronics Conference (GEQ, (Norfolk, October 5-8,1999) ID: ETP5.56

75. Shcherbakov Yu V, Shilova A V and Syssoev V S 1999 The near-surface evolution of streamer discharges Annual Report of the Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CE1DP) (Austin, Texas, USA: October 17-20, 1999) 2 662-5

76. Shcherbakov Yu V 2001 Actual probe currents in streamer diagnostics Proceedings of the XXV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG) (Nagoya, Japan, July 17-22, 2001)4 81-2

77. Shcherbakov Yu V, Sukharevskij D I and Syssoev V S 2003 Some novel applications of a Masuda-type device to streamer-induced technologies Proceedings of the VII Symposium "Electrical Engineering" (Moscow, Russia: May 26-30, 2003)

78. Shcherbakov Yu V and Nekhamkin L I 2005 An emission spectroscopy method applied to accurate diagnostics of initial stages of the gas discharges Proceedings of the VIII Symposium "Electrical Engineering 2010" (Moscow, Russia: May 23-27, 2005) ID:7.12

79. Щербаков Ю В 2006 Прецизионные спектральные исследования положительной стримерной короны постоянного тока Электричество No 9 80-7

80. Shcherbakov Yu V and Sigmond R S 2007 Subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges. I: Basic experimental results Journal of Physics D: Applied Physics 40 460-73

81. Shcherbakov Yu V and Sigmond R S 2007 Subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges. II: Theoretical background Journal of Physics D: Applied Physics 40 474-87

82. Shcherbakov Yu V, Lebedev V B, Feldman G G, Gorin В N, Rakov V A, Syssoev V S and Karpov M A 2007 High-speed optical studies of the long sparks in very transient stages Proceedings of the SP1E 6279 62795D

83. Shcherbakov Yu V 2007 Novel high-resolved spectroscopic studies of positive streamer corona Proceedings of the SPIE 6279 62795U

84. Shcherbakov Yu V and Domashenko G D 2007 A high-speed high-responsive PMT-based detector Proceedings of the SPIE 6279 6279IF

85. Shcherbakov Yu V 2007 A simplified model and numerical algorithm of the streamer foraccurate diagnostics Proceedings of the 38th Plasmadynamics and Lasers Conference of theth

86. American Institute of Aeronautics and Astronautics (38 AIAA PDL Conf) (Miami, FL, USA: June 25-28, 2007) ID: AIAA-2007-3845

87. Shcherbakov Yu V 2005 Subnanosecond spectral diagnostics of streamer discharges ISTC

88. Final Project Technical Report #1123 (Moscow, 2005) 180 p.

89. Syssoev V S and Shcherbakov Yu V 2000 Electric current waveforms induced by thestreamer propagation in air gaps of different lengths Proc. 25th 1CLP (Rhodos, Greece: September 18-22, 2000) 1 83-92

90. Sigmond R S and Goldman M 1981 Positive streamer propagation in short corona gaps inambient air Proc. XV ICPIG (Minsk, USSR, July, 1981) 1-3

91. Dyatko N A, Kochetov IV and Napartovich A P 1992 Electron energy distribution functionin the decaying nitrogen plasma Plasma Physics Reports 18 888-900

92. Kossyi I A, Kostinsky A Yu, Matveyev A A and Silakov V P 1992 Kinetic scheme of thenon-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixture Plasma Sources Sci. Technol. 1 207-20

93. Matveev A A and Silakov V P 1999 Theoretical study of the role of ultraviolet radiation of the non-equilibrium plasma in the dynamics of the microwave discharge in molecular nitrogen Plasma Sources Sci. Technol. 8 162-78

94. Александров H JI и Con Э E 1980 Энергетическое распределение и кинетические коэффициенты электронов в газах в электрическом поле Химия плазмы В7 Атомиздат 35-75

95. Кочетов И В, Певгов В Г, Полак JI С, Словецкий Д И 1979 Скорости процессов, инициируемых электронным ударом в неравновесной плазме. Молекулярный азот и двуокись углерода Плазмохшшческие процессы М: ИНХС АН СССР 4-43

96. Дятко Н А, Кочетков И В, Напартович А П, Таран М Д 1983 Влияние процесса ионизации на кинетические коэффициенты в низкотемпературной плазме Препринт ИАЭ- М№3842/12 31

97. Исламов Р Ш, Кочетов И В, Певгов В Г 1977 Анализ процессов взаимодействия электронов с молекулой кислорода Препринт ФИАНМ№169 27

98. Pancheshnyi S 2005 Role of electronegative gas admixtures in streamer start, propagation and branching phenomena Plasma Sources Sci. Technol. 14 645-53

99. Massines F, Rabehi A, Decomps P, Ben Gardi R, Segur P and Mayoux С 1998 Experimental and theoretical study of a glow discharge at atmospheric pressure controlled by dielectric barrier J. Appl. Phys. 83 2950-7

100. Райзер Ю П 1987 Физика газового разряда М: Наука 592

101. Словецкий Д И 1980 Механизмы химических реакций в неравновесной плазме М: Наука 310

102. Гордиец Б Ф, Осипов А И, Шелепии JI А 1980 Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры М: Наука 512

103. Хаксли JI, Кромптон Р 1977 Диффузия и дрейф электронов в газах М: Мир 672

104. Onda К 1985 Rotational excitation of molecular nitrogen by electron impact J. Phys. Soc. Japan 54 No 12 4544-54

105. Itikawa Y, Hayashi M, Ichimura A 1986 Cross sections for collisions of electrons and photons with nitrogen molecules J. Phys. Chem. Ref. Data 15 No3 985-1010

106. Thomas W R L 1969 The determination of the total excitation cross section in neon by comparison of theoretical and experimental values of Townsend's primary ionization coefficient J. Phys. В 2 No5 551-61

107. Eliasson В 1983 Electrical discharge in oxygen. Parti: basic data and rate coefficients: Research report Brown Boweri Research Center Research Report KLR83-40C- Baden, February 143

108. Шульц Д Д 1982 Возбуждение колебательных уровней молекул электронным ударом при низких энергиях Плазма в лазерах М: Энергоиздат 70-113

109. Allan М 1985 Excitation of vibrational levels up to v=17 in N2 by electron impact in the 0-5eV region J. Phys. В 18 No22 4511-7119. binder F, Schmidt H 1971 Experimental study of low energy е-Ог collision processes Z. Naturf. 26a 1617-25

110. Dalgarno A, Noffett R J 1963 The rotational excitation of molecular nitrogen by slow electrons Proc. Natl. Acad. Sci. India A33 No4 511-21

111. Spence D, Schulz G L 1970 Vibrational excitation by electron impact in O2 Phys. Rev. A 2 No5 1802-11

112. Cartwright D C, Trajmar S, Chutjian A, Williams W 1977 Electron impact excitation of the electronic states of N2 Phys. Rev. A 16 No3 1041-51

113. Trajmar S, Cartwright D C, Williams W 1971 Differential and integral cross sections for the electron-impact excitation of the a'Ag ana b'Sg* states of O2 Phys. Rev. A 4 No4 1482-92

114. Trajmar S, Williams W, Kuppermann A 1972 Angular dependence of electron-impact excitation cross sections of O2 J. Chem. Phys. 56 N08 3759-65

115. Wakija К 1978 Differential and integral cross sections for the electron impact excitation of О2.1.ПУ. Phys. В11 No22 3913-30; 3931-8

116. Иванов Г А, Конахина А И, Иванов В Е 1984 Эффективные сечения рассеяния электронов атмосферными газами. I. Молекулярный кислород Препринт ПГИ-Апатиты № 83-10-29 42

117. Rapp D, Englander-Golden Р 1965 Total cross sections for ionization and attachment in gases by electron impact. I. Positive ionization J. Chem. Phys. 43 No5 1464-79

118. Mark T D 1975 Cross section for single and double ionization of N2 and O2 molecules by electron impact from threshold up to 170 eV J. Chem. Phys. 63 No9 3731-6

119. Rapp D, Briglia D D 1965 Total cross sections for ionization and attachment in gases by electron impact. II. Negative-ion formation J. Chem. Phys. 43 No5 1480-9

120. Rao Raja C, Raju Govinda G R 1971 Growth of ionization currents in dry air in high values of E/N J. Phys. D 4 No4 494-503

121. Lakshminarasimha С S, Lucas J 1977 The ratio of radial diffusion coefficient to modify for electrons in helium, argon, air, methane and nitric oxide J. Phys. D 10 No3 313-21

122. Moruzzi J L, Price D A 1974 Ionization, attachment and detachment in air and air-СОг mixtures J. Phys. D 7 No 10 1434-40

123. Tanigushi T, Tagashira H, Sakai Y 1978 Boltzmann equation analysis of the electron swarm development in nitrogen J. Phys. D 11 No12 1757-68

124. Brunet H, Rocca-Serra J 1985 Model for a glow discharge in flowing nitrogen J. Appl. Phys. 57 No5 1574-81

125. Shemansky D E, Broadfoot A L 1971 Excitation of N2 and N2+ systems by electrons J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 11 No 10 1401-39

126. Imami M, Borst W L 1974 Electron excitation of the (0,0) second positive band of nitrogen from threshold to 1000 eV J. Chem. Phys. 61 No3 1115-7

127. Shaw M, Campos J 1983 Emission cross sections of the second positive and first negative systems of N2 and N2+ excited by electron impact J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 30 Nol 73-6

128. Sharma V N, Singh R, Talpadi S К 1971 On the photoelectron impact to E32g+electronic state of molecular nitrogen and the cascade contributions to low lying states in day glow Ann. Geophys 27 No3 419-22

129. Elencovic В M, Phelps A V 1987 Excitation of N2 in dc electrical discharges at very high E/N Phys. Rev. A 11 Nol2 1757-68

130. Дворянкин Ф H, Кулагин Ю А, Шелепин JI A 1986 Механизмы электронной релаксации в атомно-молекулярных газах Препринт ФИАН М№107

131. Ianuzzi М Р, Jeffries J В, Kaufman F 1982 Product channels of the N2(a3Iu+)+02 interaction Chem. Phys. Lett 87 N06 570-4

132. Piper I G 1982 The excitation of O('S) in the reaction between N2 (a32u+) and 0(3P) J. Chem. Phys 77 No5 2373-7

133. Ferreira С V, Touzeau M, Hochard L, Cernogora G 1984 Vibratinal populations of N2(B3ITq) in a pure nitrogen glow discharge J. Phys. В17 No21 4439-48

134. Borst W L, Zipf E С 1970 Cross section for electron impact excitation of the (0,0) first negative band of N2+ from threshold to 3 keV Phys. Rev. A. 1 No3 834-40

135. Crandall D H, Kaupilla W E, Phaneuf R A, Taylor P O, Dunn G H 1974 Absolute cross section for electron-impact excitation of N2+ Phys. Rev. A. 9 No6 2545-51

136. Mitchell К В 1970 Fluorescence efficiencies and collisional deactivation rates for N2+ and N2 excited by soft X-rays J. Chem. Phys. 53 No5 1795-802

137. Zinn J, Sutherland С D, Stone S N, Duncan L M 1982 Ionospheric effects of rocket exhaust products HEAO-C, Skylab J. Atmos. Terr. Phys. 44 No 12 1143-71

138. Тихонов A H, Самарский A A 1977 Уравнения математической физики (M: Наука, Физматлит) 736 с.

139. Калиткин Н Н 1978 Численные методы (М: Наука, Физматлит) 512 с.

140. Lebedeva V V 1977 Optical Spectroscopy (Moscow: MSU, in Russian) 384 p.

141. Budo A 1937 Intensitatsformeln fur die Triplettbanden Zeitschrift fuer Physik 105 579-87

142. Herzberg G 1950 Molecular Spectra and Molecular Structure. I: Spectra of Diatomic Molecules (New York: van Nostrand)

143. Lochte-Holtgreven W 1968 Plasma Diagnostics (Amsterdam: North-Holland Publishing Company)

144. Demtroeder W 2003 Laser spectroscopy (Springer-Verlag) 987 p.

145. El'yashevich M A 2001 Atomic and Molecular spectroscopy (Moscow: Editorial URSS, in Russian) p 896

146. Bunker P R and Jensen P 1998 Molecular symmetry and spectroscopy (NRC Research Press Ottawa) p 763

147. Кузнецова JI А, Кузьменко H E, Кузяков Ю Я 1980 Вероятности оптических переходов двухатомных молекул (М: Наука) 320 с.

148. Радциг А А, Смирнов Б М 1980 Справочник по атомной и молекулярной физике (М: Атомиздат) 240 с.

149. Raizer Yu Р and Simakov А N 1996 Semispherical model of a streamer head Plasma Physics Reports 22 603-7

150. Sato N 1980 Discharge current induced by the motion of charged particles J. Phys. D.: Appl. Phys., 13L3-6

151. Moitow R and Sato N 1999 The discharge cunrent induced by the motion of charged particles in time-dependent electric fields; Sato's equation extended J. Phys. D: Appl. Phys. 32 L20-2

152. P. P. M. Blom 1997 High-Power pulsed corona: PhD Thesis, Eindhoven

153. Gravendeel В, P С T van der Laan, HoogFG 1988 External discharge current in ingomogeneous field configuration J. Phys. D: Appl. Phys. 21 436-41

154. Sigmond R S 1982 Simple approximate treatment of unipolar space-charge-dominated coronas: the Warburg law and the saturation current J. Appl. Phys. 53 891-8