Устойчивость протекания тока через разрядный промежуток с n-образной вах м. Акел, И. В. Визгалов, В. А. Курнаев

М. Акел, И.В. Визгалов, В.А. Курнаев

К появлению у плазменно-поверхностного контакта N-образной ВАХ с очень быстрой положительной обратной связью может приводить повышенная вторичная эмиссия. Необходимым дополнительным условием является наличие в плазменном потоке на контактную поверхность достаточно энергетичной группы электронов, для которых коэффициент вторичной эмиссии . Такие условия легко реализуются в разрядах низкого давления, например, в пучково-плазменной разрядной системе, описанной в работе [1]. В этой системе развиваются автоколебания, связанные с неустойчивостью протекания тока через плазменно-поверхностный контакт. Подобное поведение разрядной системы является аномальным по отношению к критерию устойчивости Кауфмана для классических разрядов с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС) вольт амперной характеристики (ВАХ): . Здесь R- балластное сопротивление разрядной цепи, а - дифференциальное сопротивление в точке пересечения нагрузочной характеристики источника питания с падающим участком ВАХ.

Контакт с N-образной ВАХ, удовлетворяющий этому критерию устойчивости, в отличие от традиционных разрядов, абсолютно неустойчив. При нарушении критерия контакт оказывается устойчивым по постоянному току, но неустойчивым в отношении развития высокочастотных автоколебаний. Причем, амплитуда переменных тока и напряжения может на порядки величины превышать постоянные составляющие. В этих условиях разрядная система может перейти в режим самостоятельного автоколебательного вторично-эмиссионного разряда (АВЭР) с генерацией электромагнитных колебаний на частоте в десятки МГц. Скорость положительной обратной связи определяется в основном скоростью пролета приэлектродного слоя объемного заряда высокоэнергетичными электронами и может быть очень быстрой (на уровне 10^-10 с). На соответствующих частотах токами смещения пренебрегать нельзя, и в эквивалентную схему разрядной цепи следует внести емкость приэлектродного слоя как для обычных ВЧ-разрядов. Критерий Кауфмана не учитывает эту емкость, поскольку поднормальный тлеющий или дуговой разряды с ОДС имеют сравнительно малую по сравнению с АВЭР скорость обратной связи через накопление и гибель носителей тока в разрядном промежутке и/или перегрев контактной отрицательно смещенной поверхности. В этих условиях шунтирующим действием через контакт емкостного сопротивления можно пренебречь.

Для АВЭР разрядная цепь представляет LC-контур с положительной внутренней обратной связью. С учетом этого обстоятельства разработаны критерии и диаграмма устойчивости на основе анализа устойчивости решений системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих АВЭР. Определены области существования АВЭР с квазигармоническими и высоковольтными релаксационными колебаниями. Результаты анализа устойчивости сопоставляются с экспериментальными осциллограммами, а также с численными расчетами параметров автоколебаний и соответствующих фазовых траекторий.

1. 
   Акел М., Визгалов И.В., Курнаев В.А., Инженерная физика, 2002, Т.3, стр. 49-54.