Національна академія наук України

Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Уси-ко--ва

УДК 621.373.43:537.523

Чигінь Василь Іванович

ФІЗИЧНІ МЕХАНIЗМИ

ПУЛЬСАЦІЇ НЕГАТИВНОЇ КОРОНИ

01.04.04 – Фізична електроніка

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті "Львівська політехніка" Міністерства освіти і науки України

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, академік НАН України Шпеник Отто Бартоломійович,

директор Інституту електронної фізики НАН України,

м. Ужгород

доктор фізико-математичних наук, професор

Анісімов Ігор Олексійович, завідувач кафедри фізичної електроніки радіофізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ

доктор фізико-математичних наук, професор Карась Вячеслав Ігнатович, начальник теоретичної лабораторії Інституту плазмової електроніки та нових методів прискорення Національного наукового центру „Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, м. Харків

Провідна установа:

Ужгородський національний університет МОН України, кафедра фізичної електроніки, м. Ужгород

Захист відбудеться “01” березня 2007 р. о 16.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.157.01 Інституту радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України (61085, Харків, вул. Академіка Проскури, 12).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України (Харків, вул. Академіка Проскури, 12).

Автореферат розісланий “15” січня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Кириченко О.Я.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми

Експериментальні і теоретичні дослідження газових розрядів при тисках по-ря-д-ку атмосферного останнім часом набули швидкого розвит-ку завдяки їх ефективному застосуванню в еко-ло--гіч-ній техніці. Коронний роз-ряд вико-ри-сто-ву---ється впро-довж деся-ти-річ в еле-ктро-фі-ль-т-рах, в апаратах отри-ма-н-ня чис-тих газів для виробництва ла-зерів і дослід-же---ння тер-моя-де-р--но-го син-тезу, для іонізації газів та їх ма--с-спектро-ме-т-рії. Область використання негативної коро-ни суттєво розширю-ється у зв'я-з-ку із ви-яв--леними її складними пуль-са-ці-я-ми, які дозволяють розробляти но-ві давачі газового стану [4, 15, 17, 18, 22, 25, 30, 51, 53–56, 61].

Проте, нерівнова-ж-ні пpоцеси у пульсуючій не-га-ти-вній коо-ні вив-че-ні недо-с--та-т-ньо. Досі не існувало закін-че-ної теорії складних пульсацій ко-ро-ни у си-льно неод-но--рі-д-них по-лях при геометрії вістря-площина - їх вивчали, в основ-ному, екс-пе-ри-мен-та-льним шля-хом. Не-зва-жаючи на неоднозначне виз-на-че-ння ролі іонів у пульсаційних про-цесах ко-ро-ни, до цього часу не про-водились експеримен-ти, в яких без-посередньо вив--ча--в-ся би вплив еле-кт-ровід'ємних (ЕВ) домішок змінних низьких кон-це-нтрацій в еле-к--т--ро----до-да-тних газах на їх характер. Ви-ко-ристовувались, в основному, гази з ви-со-кою ко-н--це-н--т-ра--цією ЕВ домішки, що приводило до згла-д-же---ння вторинних стру-ктур імпульсів струму, зокрема, прекурсора, сходинки переднього фронту імпульсу, ви-со-ко-частотних пульсацій струму (ВЧПС). А вик-лю-ч-но які-сні поя-с-нен-ня окремих за-ре-є-с-трованих структур і сут-тєві спрощен-ня чис-ло-вих моде-лю--вань негативної корони при--ве-ли до їх суперечли-вих інтер--п-ре---та--цій. Також не дос-лі-джувались умови існу--ва-н-ня плазми пульсуючої негативної корони|заперечної|, тому відсутня інформація в літературі про її кількісні ха-ра-к-тери-стики.

Опрацюван-ня ефективних методів використання корони для інте-нси-вної низь-ко-ене-ргетичної інжекції зарядів в ЕВ га-зи, отри-ма-н-ня чис-тих газів та їх мас-спектро-ме-т-рія є ва-ж--ли-ви-ми задачами сьогодення. Адже зна---ч-не за-хо-п-лення електронів ЕВ га-за-ми зни-жує ефе---к--ти-в-ні-с-ть еле--к-т-ро---філь-т-рів, а під-ви-ще-н-ня між-еле-к-т-ро-дної нап-ру-ги при-во--дить до нес-та-бі-льності корони і про-биття. Тра-ди-ційні технології очи-щення газів є ене-р-го--мі--с-ткими, а ступінь очищення ча-с-то не задовільняє вимоги для їх прак-ти-чного зас-то-су-ва-ння. Відомі схеми роз-ді-ле-н-ня газів у коро-нному розряді є недо-статньо ефек--ти-в-ни-ми. Ос-кільки масспектрометри з вико-ри-с-та-н-ням корони не є мо-біль-ни-ми, існує не-об-хі-д-ність створення малогабаритних ана-лі-за-торів з нови-ми принципами ідентифі-ка-ції мік--ро-домішок.

Таким чином, все-сто-роннє дослідження процесів пульсації ко-ро-н---ного розряду, важливих, зокрема, для розширення знань про га--зо-роз-рядну плазму і вирішення при-к-лад-них задач, є акту--а-ль--ною науковою проб-ле-мою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Робота вико-ну-ва-лася у відповідності з реальними потребами ряду підпри-ємств та організа-цій, зокрема, у межах науково-дослідних робіт “Розро-бка джере-ла іонів еле--к-тронвольтних енергій”, замов-ник – Інсти-тут атомної енер-гії ім. Кур-ча-това, Мо-с-к-ва, договір № 3992Я, 1984 – 85 р.р.; “Розробка установки для очищення ар-го-ну та азо--ту”, ВО "Полярон", договір № 4342, 1986 - 88; “Ро-з--ро--бка методики хро--ма-то--мас-спе--ктрального вимірюван-ня газових забруднень у про-мислових ви-ки-дах”, викон-ком мі-ської ради м. Льво-ва, договір № 5211, 1990; “Ро-з--ро--б--ка елек-тро-маг-ніт-но-го за-ви-х-рю-ва-ча для розді-ле-н-ня водню і сірки”, ІАЕ ім. Курчатова, дого-вір № 4931, 1990; “Про-ек-тування і виготовлення ма-кету при-с-т-рою для ручного та автома-ти-ч-но-го керування ви-мірюванням тиску да-ва-чем розря-д-ного типу”, ВАТ “Іскра”, № 6972, 2003; “Ме-то-ди-ка вимірю-ва-ння вакуу-му і тиску тех-нологічних газів дава-чем розрядного типу”, ВАТ “Іскра”, №7033, 2003, а також бю-джетної теми “Те-о-ре-ти-чні і експеримен-тальні до-слі-дже-ння впливу елемен-тарних і колективних процесів та зовнішніх факторів (еле--ктрич-ного і магнітного полів, вип-ромінюван-ня, потоків за-ряджених і ней-т-ра-ль-них частинок та ін.) та нові рів-но-важні і нерів-но-ва-жні ко-ле-к-тивні ефекти у бага-то-ко--м---понентній частково іонізова-ній плазмі” згідно з ко-ор-ди-на--ційним планом Мініс-тер-ст-ва освіти України “Взає-мо-дія елект-ро--магнітного ви-про-мі-ню-ва--ння та потоків за-ря-д-же--них частинок з речо-ви--ною”, шифр Фф-290 в, 1997–1999, No д.р. 0197U015676.

Мета і задачі досліджень

Метою дисертаційної роботи є встановлення фізичних механізмів складних пульсацій негативної корони в електрододатних га-зах з електро-ві-д’є-м-ними доміш-ка-ми, природи вто-ри-н-них структур низько-час-тотних імпульсів і висо-ко--частотних пульсацій струму, зокрема, при перехо-ді у жев-рі-ю-чий розряд і про-би-т-тя; оцін-ки їх пра--к-тич-ного використання.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

·

·

Об’єкт дослідження - пульсуюча нега-ти-в-на корона.

Предмет дослідження – низькочастотні і високочастотні пульса-ції струму нега-ти-вної корони, їх поведінка при геометрії вістря-площина і протіканні крізь при-ка-тодну область розряду елек-тро-по-зи-тивних газів з електро-нега-ти-вними до-мі-шками.

Методи досліджень. Для встановлення механізмів складної пульсації негати-в-ної корони застосовувалась комплексна прог-ра-ма, що включає експериментальні дослідження, теоретичні розрахунки і числове моделю-ва-н-ня, що дозволило порівню-вати результати, отримані різ-ними мето-дами. В екс-пе-ри-мен-та-ль-них дослідженнях використовувались відомі і апро-бовані ме-тоди ви-мі-рювання швид-ко-змінних струмів, частоти, амплітуди і заряду імпу-ль-сів, тощо. Автоматизована реє-с-трація цих пара-мет-рів і опра-цювання даних вимірю-вань ви--к--лючає суб’єктивний фактор. У теоретич-них розра-хунках викори-с-то-вувались ві-до--мі методи теоретичної і ма-те-матичної фізики, зокрема, фізики газових розрядів. У роз-ра-ху-н-ках застосовувались су-ча-с-ні чис-лові методи розв’язання ди-фе-ренціальних рів-ня-нь не--перер-в-но-сті потоків заря-дів і Пуасона для електричного поля у квазі-дво-мір-но--му просторі, а також сучасна комп’ютерна технологія.

Достовірність отриманих результатів забезпечується використанням ком-п-лексу методів фізичних досліджень із застосуванням сучасних екс-пе-ри-мен-та-ль-них мето-дик і оцінок похибок вимірювань, суча-с-них фізико-мате-ма-тичних моде--лей га-зо-розрядних процесів і числових методів роз-в’я-за-н-ня си-с-тем дифе-ре-нціальних рі-в-нянь потоків зарядів у різко неоднорідних полях, ре-зу-льтати яких добре уз-го-джу-ю-ться з результатами експериментів і відпо-віда-ють отри-ма-ним результатам інших ав-то-рів, захищеними 6-ма авторсь-кими сві-до-ц-твами і патентами, випробуваннями ві-д-по-відних прист-роїв в умовах виро-б--ни-цтва, а також широкою апробацією матеріалів до-слід-жень на багатьох віт-чи-зняних і міжнародних конференціях.

Наукова новизна роботи полягає в отриманні й узагальнені нових на-у-ко-вих ре-зу--льтатів експе-риментальних і теоретичних досліджень негативного ко-ро-н-ного роз-ря-ду зі складними пуль-саціями струму, що включають основні ім-пу-ль-си і їх вто-ри-нні стру-ктури - прекурсор, сходин-ку переднього фронту, піко-ву і хво-стову час-ти-ни, а та-кож високочастотні пульсації струму, в електродо-да-т-них газах з електро-від’є-м--ними газовими домішками у широкому діапа-зоні кон-це-нтра-ції. У даній роботі вперше:

1. Встановлено фізичний механізм прекурсора – невеликого попе-ред-ни-ка ос-но-в-ного імпульсу струму. Він утворюється струмом зміщення, спри-чи--неного ла-винним розмно-же-н-ням зародкових зарядів у високоенергетичній при-по-ве-р-х-не--вій області роз-ря-ду – області генерування.

2. Встановлено, що сходинка на передньому фронті основного імпульсу струму негативної корони утворюється стру--мом зміще-н-ня, викликаного наб-лиженням до катода осно-в-ної хвилі іонізації або ка-то--до-спря-мо-ва-ного стримера, і існує при усіх параметрах корони, що ви-к-ли-ка-ють її пульсації, зокрема, при відсут-ності фото-елек-т-ронної емісії з поверхні. При великих радіусах катода, порядку міліметра, тривалість схо-дин-ки є знач-ною і її амплітуда зростає при рості фото-електронної емісії, а при його зни-же-н-ні до десятків мікромет-рів вона стає непомітною - дуже корот-кою у часі порівняно із тривалістю фронту.

3. Показано, що пікова частина імпульсу струму задається сумою мак--си-маль-ного потоку пози-тивних іонів і мак--си-мальних від’ємних значень струму зміще-н-ня на поверхні катода при приході до неї хвилі іонізації.

4. Встановлено, що характер залежностей параметрів імпульсів від конце-н-тра-ції електро-ві-д’ємної домішки визначається кінетичними процесами у при-по-ве-р-хневій об-ласті генерування і близькій до неї частині дрейфової області, у ме-жах де-ся-т-ків-со-тень мікрометрів. Ця сукупна область протягом усіх фаз пу-ль-сації нега-ти-в-ної корони ді-литься на шари з різноіменними зарядами і шаром нерівноважної плазми між ними. У фазі росту імпульсу струму зни-ження поля безпосередньо за шаром приповерх-не-вих позитивних іонів приводить до росту інтен-си-в-ності при-липання елек-тронів і конце-н-трації негативних іонів, а отже, до їх значного зворотнього впливу на динаміку хви-лі іонізації. Тому ріст кон-цен-трації домішки приводить до зниження струму і три-ва-лості імпульсу, а отже, до значно швидшого спаду його заряду. Показано, що тип за-ле-ж--ності ча-с-тоти пульсації від концентрації домішки (спа-даюча або зростаюча) за-да-ється співвідношенням інтенсив-ностей при-липан-ня і відли-па-ння електронів та дре-й-фого відходу негативних іонів від області гене-ру-ва-ння.

5. Встановлено, що висо-ко-частотні пульсації, накладені на імпульс стру-му не-га-тив-ної корони і його часові залежності при переході до жевріючого роз--ряду і про-би-ття газу, утворю-ються в результаті зміни потоку позитивних іонів на ка-тод в умо-вах самоекранування, при якому існує зво-р-отній зв’я-зок між їх кон-цен-трацією на по-верхні і полем у хво--стовій част-ині області генерування.

6. Побудована і перевірена модель вперше зареєстрованого зрос-тання пі-ко-вої ча-стини імпу-ль-су струму негативної корони в азоті при підвищенні низь-кої кон-цент-ра-ції еле-ктровід’ємної домішки за рахунок відривання елект-ро-нів при зіткненні нега-тивних іонів зі збудженими метастабільними молекулами азо-ту, нако---пи-че-н-ня домішки у розширюваній області генерування і зростання коефі-цієнта уда-р-ної іоні-зації суміші газів. В аргоні амплітуда імпульсу спадає при рості кон-центрації кисню, оскільки процеси відлипання, зв’язані з метас-табільними атомами, є слабкими.

7. Встановлено, що високочастотні пульсації струму негативної корони в азоті підсилюються у момен-ти протікання пікової і хвостової частин імпульсу при збли-же-нні шарів позитивних і негативних іонів, зокрема, через зниження ко--н--це-нтрації ме-та-ста-більних молекул азоту. В аргоні такі пульсації існують про-тягом усього імпульсу струму, а крутизна спаду усередненого струму є вищою, ніж в азоті, оскільки процеси, зв’язані з метас-табільними атомами, є слабкими.

8. Показано, що вплив іонізації молекул кисню фотонами, емітованими збу-д-же-ними молекулами азоту в області генерування пульсуючої негативної ко-рони, на зародження стримероподібного розряду у випадку низь-ких кон-цен-т-ра-цій кисню (ниж-че 0.1%) є нехтуючим. У випадку високих концентрацій (зокрема, у повітрі) та-ка фотоіонізація підсилює хвилю іонізації або като-до-спрямований стример і слаб-ко впливає на зародження анодоспрямо-ваного стримера.

9. Виявлене експериментально різке зростання усередненого струму нега-ти-в-ної корони у повітрі при обдуван-ні коронуючого вістря електро-додатним га-зом (арго-ном, азотом) зі швидкістю в області 0.1 - 5 см/с обгру-н-товується зни-же-нням кон-цент-рації негативного заряду і відповідним зростанням інтенсив-ності іонізації в області генеру-вання, а також вклю-ченням ефекту Рамза-уера і відповідним під-ви-щенням швидкості дрейфу низькоенергетичних електро-нів.

Практичне значення отриманих результатів

Отримані суттєво нові дані про складні пульсації струму негативної корони у потоках газів, розділен-ня іонізованих газів в електричних і магнітних полях і вплив окре-мих газів на приемітерний простір дають основу для перевірки тео-ретичних уявлень про скла-д-ні нерівноважні процеси в іонізованих га-зах при тисках порядку атмо-с-ферного для внесення корективів у роз-рахунки відпо-від-них макропроцесів, зокре-ма, у пристроях розділен-ня і детектування ком-по-нент у га--зо-вих сумі-шах. Опра-ць-о-вані методи іонізації газів і дина-мічної низько-вакуумної мас-спектрометрії дозво-лять розро-би-ти нові се-н-сори мало-габаритних газоана-лі-за-то-рів. Використання явищ роз-ділення в елек-т-ри-ч-них і магнітних по--лях і газового керу-вання приемітерним про-стором дозволять ро-зробити тех-но-ло-гії та апарати глибокого очищення і розді-лен-ня газів. ЕН-роз-ді-лю-вачі мають конкретне прак-ти-ч-не застосування при до-очи-ще-н-ні при-ро-дного газу від сірко-во-дню та отриман-ня чис-тої сірки.

Результати дисертаційної роботи використано при створенні іонних дже-рел еле-к-т-ро-нвольтних енергій для вирощування шаруватих кристалів з імп-ре-го-ва-ни-ми позитивними та негатив-ними іонами при гелієвих тем-пе-ратурах в Інституті атомної енергії іме-ні Ку--рчатова; установки глибокого до-очи-щення тех-ноло-гічних ар-гону та азоту на газо-очисній станції ВО "Поля-рон", м. Ль-вів; газо--аналізато-ра мікро-домішок кисню у тех-нологічній лінії АТ Хімзавод, м. Ль-вів; еле-кт--ро-фільтра для вловлення пари ма-сел і дава-чів розрядного типу для вимі-рю-вання концен-трації ЕВ домішок, ва-ку-у-му і тиску газів у технологічних лініях ВО "Іскра", м. Львів.

Особистий внесок здобувача

У дисертаційній роботі викладені результа-ти досліджень, виконаних автором са-мо-стійно [2-5, 9, 12, 15, 18, 19, 26, 27, 29, 30, 33, 41-43, 47-52, 54, 55, 59, 62, 64, 65, 68], а також у спі-в-авторстві зі співробітниками національного уні-вер-ситету “Львів-сь-ка по-літех-ні-ка” [1, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 21-25, 28, 31, 32, 36-40, 44-46, 53, 56-58, 60, 61, 66, 67], Львівського Національ-но-го уні-ве-р-ситету ім. І. Фра-нка [6-8, 63], Інсти-ту-ту конденсованих середо-вищ НАН України [13, 36, 38, 39], СКБ “Львів-ОРГРЕС” [34, 35].

Дисертанту належить загальна постановка задач, вибір проблем, мети і мето-дів досліджень, розробка конкретних фізико-математичних моделей, а також без-по--се-ре-д-ня участь у проектуванні і відлагодженні експериментальних уста-но-вок та про-ве-де-н-ні вимірювань, у натурних випробуваннях іонних джерел в Інсти-ту-ті ато-м-ної ене-р-гії, роз-ділювачів газів у ВО "Полярон" і давачів концентрації і тиску газу у ВО “Іскра”, у виборі числових ме-то-дів і складанні пакетів комп’ютерних про-г-рам, в обробці та узагальненні експе-ри-ме-н-та-ль-них і теоретичних результатів, у підготовці публі-ка-цій. Всі висновки та основні поло-ження, винесені на захист, належать автору.

Апробація результатів дисертації

Основні матеріали дисертації допові-да-лися і обговорювались на 1-й Міжнарод-на---ро-дній конференції "Електроніка та прикладна фізика", Київ, Україна, 2005, 10-й Між---на-родній конференції і школі з фізики плазми і ядерного синтезу, Алушта, Ук-ра-ї--на, 2004; 25-й Між-на--родній кон-фе-ре-нції з явищ в іонізо-ваних газах, ICPIG, м. Нагоя, Япо-нія, 2001; 15-му Між-на-ро-д-но-му си-м-по-зиумі з плазмохімії, ISPC, м. Орлеан, Фра-н--ція, 2001; 14-му Між-на-ро-д-но--му си-м-по-зиумі з фізики кому-та-ційної дуги, FSO-2001, м. Но-ве Місто, Чехія, 2001; 15-й Єврофізичній конференції з ато-м-ної і мо-ле-ку-ля-р-ної фі-зи---ки іонізованих газів, ESCAMPIG, м. Міскольц, Уго-рщина, 2000; Між-народ-ному си-м---позіумі з низько-тем-пературної плазмохімії висо-кого ти-с-ку HAKONE-, м. Грайс--ва-льд, Німеч-чи-на, 2000; 14-й Єврофізич-ній конфе-ре-нції з атомної і молекулярної фі-зи-ки іонізованих газів, ESCAMPIG, м. Дублін, Ір-ла-ндія, 1998; Міжнародному симпо-зі-умі з низько-тем-пе-ра--турної плазмохімії ви-со-ко-го тиску, HAKONE-6, м. Koрк, Ір-ла-н-дія, 1998; 1-й Міжна-родній конференції з те-х-нічної метеорології Карпат, Львів, 1998; 25-м Міжна-роднім симпозиумі "Aqua - 2000", м. Плоцьк, Польща, 2000; 5-м Між-народнім симпо-зіу-мі із забру-д-не-н-ня навкілля в Центральній і Східній Європі “Pra2000”, Прага, 2000; Регіо-на-льній фізич-ній конференції, Львів, 2000, 2001; 9-й Все-союзній конференції з фізики електронних та атомних зіткнень, м. Рига, 1984; Все---со-юзному семінарі "Фізика електронних і атомних зіткнень", м. Сігнахі, Гру--зія, 1986; 7-й Республіканській конференції "Підвищення ефектив-ності, удос-ко-на--ле-н-ня проце-сів і апаратів хемічних виробництв", Львів, 1988; 10-й Все-союзній кон-фе-ренції із фі-зи-ки електронних та атомних зіткнень, м. Уж-город, 1988; 9-й Рес-пу-б-лі-канській кон-фе-ренції "Фізика і хімія низькотемпе-ратурної плазми", м. Мінськ, 1991; 4-й науковій кон-ференції вчених Росії, Білорусі і України "При-к-ла-д-ні про-б-ле-ми механіки рідини і газу”, м. Севас-тополь, 1995; Всеукраїнській нау-ко-вій кон-фе-ренції "Охорона навко-ли-ш-нього середовища і раціональне вико-ри-с-та-н-ня при-ро-д-них ресурсів", м. Донецьк, 1995; Всеукраїнсь-кій виставці "Енерго-збе-ре--же--ння", м. Київ, 1995; Міжнародній нау-ко-во-технічній конференції "Приладо-бу--ду--ва-ння - 96", м. Судак, 1996; Міжна-ро-д-ній конференції із боротьби з порохом на вугіль-них шах-тах, м. Алу-ш-та, 1996; Науково-пра-к-тичній конференції "Охорона здоров'я і дов-кіл-ля", м. Львів, 1996; Між-на-ро-д-но-му сим-позіумі "Наука і під-при-є-м-ни-цтво", м. Львів, 1997; Міжнарод-ній науково-тех-ні-чній конференції "Досвід ро-з-ро-бки та зас-то-су-ва-н-ня приладо-технологічних САПР мі-к-роелектроніки", с.Слав-сь-ке, 1997; Науко-во-му семінарі "Статистична теорія кон-де---н---сованих систем", м.Львів, 1997; Міжна-род-но-му нау-ко-во-технічно-му семінарі "Те-х---нології очищення про-мислових викидів в атмос-феру", м. Братіслава, 1997; Першому Захі-д-но-укра-їн-сь-кому симпозіумі з ад-сор-бції та хроматографії, м. Львів, 1997; Міжна-ро-дній кон-фе-ренції, орга-нізованій Інсти-тутом передових досліджень НАТО "Нас-лі-д-ки впли-ву навколишнього заб-ру-д---нення на здоров'я населення", Львів-Чикаго, 1997.

Публікації

Основний зміст дисертації викладено у 68 наукових публіка-ціях, у тому чи-слі, у 36 статтях у наукових виданнях (із них - 30 статей у фахових наукових жур-на-лах і збір-никах наукових праць, 6 статей у нефахових наукових журналах і збір-никах), в 12 матеріалах міжнародних наукових конфе-ренцій, у 17 тезах наукових конференцій. Захищено 3 авторських свідоцтва і 3 патенти України і Росії на винаходи.

Структура і обсяг дисертації

Дисертація складається із вступу, огляду літератури, п’яти розділів ори-гі-на--ль-них дослі-джень, вис-новків, переліку використаних джерел із 355 най-ме-ну-ва-ння. Вона мі-с-тить 257 сторінок (із них - 216 сторінок основного маши-но-пи-с-но-го тексту ди-се-р-та-ції, 104 рисунки на 41 окремій сторінці, 2 таблиці) і 8 до-да-тків на 36 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовано стан проблеми, обгрунтовано актуальність теми і доціль-ні-сть проведення дослі-джень, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано мету і задачі досліджень, висвітлено наукову новизну одержаних результатів і їх практичне значення, відзначено особистий внесок автора, приведено відомості про апробацію наукових результатів, публікації і структуру дисертаційної роботи, викладено загальну характеристику роботи.

У першому розділі наведено літературний огляд експери-мен-тальних і тео-ре-ти-ч-них дослiджень пульсацій негативного ко-ронного роз--ряду і про-ана--лі-зовано іс-ну--ю-чі мето--ди вста--но--в--лення їх фізичних механі-з-мів. Пульсуючий режим не-га-ти-в-ної ко-ро--ни вини--кає при низьких струмах (по-рядку 10-6 – 10-5 А) при при--к--ла-данні постійної нап-ру----ги порядку кі-ль-кох тисяч вольт між не-га--тив-ним ві-стрям і плоским анодом на від-да-лі порядку сан-ти-метра (Рис.1а). У пев-но---му діа-па-зо-ні напруг пульсації стру-му про--ті-ка--ють стро-го періоди-ч-но. Час-тота повторення основ-них імпуль-сів (що от-ри---ма-ли назву Трічеля) є від-но-сно низь-кою, порядку одиниць – сотні кілогерц. При нижчих стру-мах ім-пу--льси ста-ють не-ре---гу--ляр-ни-ми, а розряд – несамо-с-ті-й-ним. При висо-ких стру-мах вони зникають і ко-ро-на пе-ре-хо-дить у стан пос-тійно-го жев-рію--чого роз-ря-ду, або, через стри-ме-р-ні про---це-си, в іск-ро--ве про-биття газового простору.

Рис.1. а) Схема експериментального дослідження негативної корони; б) ім-пу-льс стру----му із вторинними структурами. d - довжина ро-з--рядного промі-ж-ку, U – дже-ре-ло напруги, Ro – обме-жу-ючий опір, Rв – ви-мі--рю--вальний опір, ПР –прекусор, ПІ – пік ім-пульсу, ФС – фрон-та-ль-на схо-ди-н-ка, ВЧПС – високочастотні пульсації струму

Досі майже всі дос-лідження проводили-ся при високих кон-цен-тра--ці-ях еле--ктро-ві-д’є-мної (ЕВ) компоненти (по-ві-т-ря, ки-се--нь, СО, SF6 і т.п.) та вив-чались ха--рак-те-ри-с-ти-ки основних ім-пу-льсів струму. А через те, що високий вміст ЕВ до-мішок приводить до згла-дження втори-н-них стру--к-тур (Рис.1б), це уск-ла-днило їх ре-є--с-тра-цією і про-ве-ден-ня ана-лізу. Природу основних імпульсів зв’язують, в основному, із присут-ні-с-тю в га--зі електро-від’ємної компоненти. При цьому простір ко-ро-ни ділять на дві обла-с-ті, не-рі-в-но--цінні за напруженістю Е прикладеного поля – при-катодну високо-ене--р-ге-ти-ч-ну об-ласть генерування (іонізації або активну), Е ~ 105 В/см, довжиною деся-тки – сотні мік-ро--метрів від поверхні, і низькоенергетичну область дрейфу, Е ~ 103 - 104 В/см (мі--лі--ме-три - сантиметри). Вважають, що пpос-тоо-вий заpяд нега-ти-вних iонiв, які на-ко-пи-чуються за рахунок прилипан-ня елек-тронів в усій обла---с-ті дрейфу, знижує пер-вин-но високе приповер-х-не-ве поле, тому pозм-но--же-н-ня лавин в об-ласті генерування та імпу-льс стpуму пpипиняють-ся. І тільки після того, як негативні іо-ни ві-д--ходять до ано-да, зов-нi--шнє поле вiдно-в-люється i ствою-ють-ся умо-ви для на-с-ту-п-но-го iмпу-льсу. Проте, цей механізм не дозволяє пояснити, зокрема, двоякий характер залежно-с-тей ча-с-то-ти пу-льсації струму від концентрації ЕВ домішки, виміряних у різних газах: зро-стаюча в N2 + O2, Ar + O2 (Sigmond-1993, наші праці), спадна – у повітрі + SF6 (Ska). Хоча ок-ремі дос-лідники вка-зу--ють на мож-ли-вість пу-ль-са-ції коро-ни у чи-с-тих елек-тро-по-зи-ти-в-них га-зах, досі математичні моделю-ва-ння ос-новних імпуль-сів стру-му проводились ті-льки при включенні ЕВ, при-чому, високої концент-ра-ції (100% ки--сню [Ц1], повітря [Ц2, Ц3]). В літературі не вияв-ле-но мо-делю-вань негативної коро--ни в залежності від типу еле-ктро-додатного газу, ти-пу і ко-нцентрації елек-тро-ві-д’є-м-ної домішки. Незважа-ю-чи на розбі-ж-ності у виз--наченні ролі нега-ти---вних іонів у процесах пульсації, не прово-ди-лись екс-пе-ри-мен-ти при змі----н--них концентраціях ЕВ домі-шок (починаю-чи від слідових значень) в різних електро-до-да-тних газах.

Такі вторинні структури імпульсу струму, як схо-динка пе-ред-ньо-го фронту і пі-ко-ва область, тривало дослі-джу-ю-ться екс-пе---ри--мента-ль-но [Ц4, Ц5]. При цьому їх ін-те-р-пре-та-ція ба-зу-є-ться на по-рі-в-ня-нні з результа-тами перших чи-с-лових мо-де--лю--вань Моррова корони у кисні (100%) [Ц1, Ц2]. Оскільки мо-дель [Ц1] зведено до нетипо-вої для негатив-ної корони цилін-д-ри-чної гео-ме-трії з надто великим радіусом катода 0.5 см, а струм обчислювався без виділення компоненти змі-ще-ння, то роб-ля--ться вис-но-вки про переважаючу роль фотоелект-ро-н-ної емі-сії у фор-му-ванні як імпульсу [Ц1], так і схо-динки [Ц2, Ц4]; роль струму зміщення не об-го---во-рю-ється. Не відомо праць, у яких проводились би числові оцінки поведінки вто-ринних структур в залеж-но-сті від ра-ді-у-са катода. Зокрема, не аналізується “зни-кання” сходинки при різ-ко-му ро-сті іо-ні-за-ції і, тому, фро-нту ім-пу-ль-су у дуже високих полях при зни--женні ра-ді-уса до де-сят-ків мікро-ме-т-рів, незалежно від фотоемісійних властивостей ка-то-да. Заре-є-стро-ва-ний в єдиній, відомій нам, праці Hosokawa-1989 нез-на-чний пре-ку-рсор за 5 нс перед фро-нтом імпу-льсу струму відно-ситься до “ге-не--рування крити-ч--ним за-ря--дом головки стри-ме-ра”, проте, кі-ль-кісної оцінки впливу цього заряду не надається. Понят-тя “ка--то--до-скеро-ва-ного стримера” i “хвилі іонізації, подібної до стри----ме-ра” використовую-ться у працях авторів [Ц4] для якісного поя-с-не-ння піка ім-пу--ль--су, і тіль-ки пе-р-ший пі-с--ля нього горб на хвостовій частині ім-пу-ль-су відноси-ть-ся до максимуму потоку іо-нів на катод. Не аналізується под-ві-й-ний характер залежності амплітуди імпульсу стру--му від концен-т-ра-ції ЕВ домішки: ріст піка при рос-ті малих кон-це-н-т-ра-цій шес-ти-фтористої сірки у повітрі і спад при рості зна-чних кон-це-н-трацій (Zentner-70), а та-кож ріст піка струму при рості тис-ку по-ві-т-ря (Hosokawa-1988). Високо-частотні пуль-са--ції струму із ча-с-тотами поря-д-ку мегагерц, які при пе-вних умо-вах нак-лада-ю-ть-ся на ос-новні імпульси струму і йо-го часові залеж-но-сті при пе-ре-ході до жевріючого роз-ря--ду і пробиття, опи-сано якісно (Sigmond-1978, Morrow-1985), досліджено екс-пе-ри-ме-нтально і мате-ма--тично [3, 4, 5, 12, 14]. Досі не існувало консен-су--су у поясненні цих пуль-са-цій - їх зв’я-зу--вали з “поздо-в-жнім ко-ливанням елек-т-рично-го по-ля” (Mor-, Cernak-1999), “тур-бу-лі-за--ці-єю плазми елект-ро--н-ним пу-ч-ком” (Sigmond-, Cernak-1999), або віднесли до “не-трічелівських” і ви-з-на-ли, що “ме-ха-нізм пот-ре--бує ви-вчення” (Wagner-1999 [Ц5]). З іншої сто-ро-ни, стве-рджувалось, що вони “в азо-ті є ду-же подіб-ни-ми на імпу--ль-си Трічеля у повітрі”, однак при моделю-ванні нега-тив-ної коро-ни у чистому азо-ті ВЧПС не отримано [Ц6]. Дос-лі-джень умов існування і характеристик плазми у негативній пульсу-ю-чій коро-ни|заперечної| в літературі не виявлено, а цьо--му поняттю не надається кіль-кі-с-них ха-ра-к-тери-стик. Термiном „пла--з-ма” назива-є-ть-ся [Ц1] ква--з---нейтральна циліндрична область розряду між коронуючим ка-то-дом і ано--дом, яка скоріше нага-дує позитивний стовп жевріючого розря-ду. Не виявлено праць, зв’я-за-них з дослід-же-н-нями впли-ву електрододатних газів на прика-то-д-ну об-ласть негативної ко-ро-ни і низь-ко-енергетичну ін-жекцію зарядів в ЕВ газові суміші. Використання негативної корони для про---с--торового і часового роздiлен-ня іонізо-ва-них ком-понент недо-с-та-т-ньо обг-ру--н---то-вується теоріями.

Оскільки отримані в літературі результати досліджень є протирічивими і не дозво--ля-ють проводити надійну інтерпре-та-цію складних пульсацій струму нега-тивної коро-ни, пропонується мето-д дослідження при малому радіусі като-да-віс-т-ря (деся-т-ки – со-т-ні мікрометрів) і змінній низькій кон-це-нтрації елек-т-ро-від’ємної доміш-ки з роз-ді-ле--н-ням вто-ри--нних стру---ктур і вимі-рюванням пара-ме-трів ім-пу-ль--сів в за-леж-ності від ха--рактери-стик газу. При цьому суттєво зву-жується спектр кі-не-тич-них газо-роз-ря-дних про-це-сів - до іоні-зації і збудження ато-мів електро-до-да-тного газу, прилипа-ння елек-т-ро--нів до моле-кул домішки, їх відлипа-ння при уда-рах елек-т-ронів і збуд-жених (зок-рема, метаста-бі-ль-них) ато-мів, іон- і фо-то-елект-рон-ної емісії з поверхні ка--тода. З|заперечної|Зада-ча вста--но-в-лення фізичних ме-ха-нізмів скла-д-них пульсацій негативної корони зводиться до пі-д-бору адек-ва-т--них мате-ма-ти-ч-них моделей, об--чис-лення струму змі-щення і за--ря--дів та порівня-ння отриманих часових залежностей струму з виміряними. Викори-с-тання елект-ро--до-да-тних газів з відмін-ни--ми фізич-ними власти-востями доз-во-ляє детальніше виз-на-чати вплив харак-те-р--них проце-сів на окре-мих стадіях пульсування струму.

Другий розділ дисертації присвячений експериментальному дослі-джен--ню і чис-ло-вому моделюванню складних імпульсів струму негативної корони при геометрії розрядного простору катод-вістря – плоский анод у газо-вих сумішах азоту та ар-го-ну з електровід’ємними домі-ш-ка-ми кисню, па-ри сірки і шестифтористої сірки при зміні їх концентрації в широкій області, починаючи від слідових значень.

У підрозділі 2.2 описано експериментальну установку, мето-ди-ку і результати ви--мірювання часових залежностей струму корони у потоці газів при атмосфер-но-му ти-ску. У ролі коронуючого катода ви-кори-с-то-ву-ю-ть-ся віс-тря і торці тонких дро-ти-нок з діаметрами 20 – 100 мкм, виготовлені з різ-них ма-те--рі--а-лів - вольфраму, ні-келю, ста-лі, платини, ренію. При діаметрі анода 12 мм до-в----жи-на розрядного проміжку зада-є-ть-ся у межах 5 – 25 мм. Шви-д-кість газу вздовж вістря змінюється від 0 до 50 см/с. При-с-трій дина-мі-ч-ного змі-шу-ва-ння чи----стих газів (99,998%) і зразкових газових сумішей до-зволяє плавно задавати ко----н-центрацію кисню у діапа-зоні 10-3 % - 21% і пари сірки - 10-7 % - 10-4 %. Ви------со-ка по---с-ті-й-на напруга подається від високостабілізо-ва-но-го джее-ла живлен-ня через об----ме--жу-вальний опір Ro (4.7 - 470 МОм) на анод і через вимі-рю-ва-ль-ний опір (100 Ом - 20 КОм) на вістря і змінюється у межах 0.5 кВ - 3 кВ. У пе-в-но---му діапазоні напру-ги (pівень стабільності задається у межах 1*10-2 - 2*10-1 %) вик-ли--кають-ся стабільні пульса-ції струму (діа-па-зо--н частот 10 - 100 кГц) з накла-де-ни-ми висо-ко-частотними пульса-ці-я-ми (1-10 МГц). Зміню-ються у широких ме-жах їх хара-к-те-ри-стики, зок-ре-ма, зміною типу газу і кон-цен-т-ра-ції ЕВ домі-шки, прикла-де-ної напруги і шви-д--кості газу. Вимірювання пу-льсуючого струму проводяться за допо-могою осцилографа та аналогово-ви-мі-рюва-ль-ного комплексу на базі персо-на-ль-ної ЕОМ IBM PC/AT сумісної з часо-вим роз-діле-н-ням до 50 нс. В результаті вперше ви-яв-ле-но, що форма і па-ра--метри основних ім-пу-ль-сів струму не-га-ти-в-ної корони, а та-кож їх за-леж-ності від кон-цен-трації кисню (С%,О2) є суттєво відмін-ними в азоті та ар-гоні (Рис.2). Амплі-ту-да стру-му, три-ва---лість і заряд імпу-ль-су в N2 є значно біль-ши-ми, ніж в Ar, тоді, як час-то--та пульсації є нижчою. В азоті-струм формує дво-ста-ді-й---ний імпульс (Рис.2а): про-тягом десятків-со-тень нано-се-кунд на-ростає до про-між-но-го значе-н----ня – сходинки у точці А, піс-ля короткої зупинки - до мак-си-ма--ль-но--го Iм по-ря-дку сотень мікро-ампер (точка В), швидко спадає до проміж-но-го (точка С), а далі – по--ві-ль--но, за час одиниці-сотні мік-ро--се-кунд спа-дає до дуже низького мі-ж---імпульсного значення порядку сотих долей мік-ро-ам-пера. В аргоні усеред-не--ний по ВЧПС струм, по-чи-на-ючи від пікового зна-че-н-ня, знижується монотон-но (Рис.2б).

Рис.2. Типові форми вимір-я-них імпульсів стру-му негативної корони: а) в азо-ті і б) в аргоні з домішкою кис-ню при кон-цен-т-раціях, %, позначених цифрами

При рос-ті кон-цен-трації кисню в аргоні та азоті за-ряд імпульсу спа-дає, а ча--с-то-та пульсації моно-то-нно зростає. При цьому амплітуда і тривалість -пі-кової ча--с----тини в обла-сті низьких С%,О2 (0.002 % – 0.85 %) в N2 су----т-тєво зро----с-таютьтоді, як амплітуда і тривалість ім-пу-льсу в Ar спада-ють. При ко-н--центації кисню в ар-го-ні порядку 10-3 % - 10-2 % кру--ти-зна залеж-но----сті заря-ду ім-пульсу від С%,О2 є сут--тєво вищою, ніж при високих ко-н--це-н--т-ра--ціях (1% - 21%). Ця ж крутизна в N-2 є ни--зь---кою в усьо-му досліджу-ва-но-му діа-па--зо-ні С%,О2. При зни-женні оста-н-ньої до значень по-ря-дку 1?10-3 % тривалість ви-мі--ряних ім-пу--ль-сів в азо-ті зростає до значень по-ря-дку со-тні мікро-се-кунд (від долей мікросе-ку-н-ди при концентрації 21%). При цьо--му, че--рез сла-б-ше зро-стання пе-рі--о---ду пу-ль-са-ції че-ргові ім-пульси на--бли--жа-ю-ть--ся один до од-но-го аж до злиття. При високих Ro, порядку десятків-сотень МОм, це приво-дить до жев-ріючого розряду - спосте-рі-га-ється поширення свіче-н-ня газу від вістря до анода, а при нижчих опорах – до про-биття газового простору, іскри. Залеж-но--сті ам--п-лі--туди і ча-с-тоти імпульсів струму від концент-рації пари сір-ки у по-тоці аргону (10-7 % – 10-4 %) є немонотон-ни-ми, з ло-ка-льними макси-му---мами в області 10-5 %, що вка--зує на дос-та-тню чутливість па-раметрів імпу-льсів до модифіка-цій-них пе--ре-т-ворень сірки.

Високочастотні пульсації струму негативної корони із частотою порядку кіль--кох мегагерц ви-я-в-лено вперше при використанні низьких кон-це-н-трацій кисню (10-3 - 10-1 %) і малих радіусів заокруглення тор-ця коро-ну--ю-чо-го елект-ро-да (десятки мікро-ме-трів). Область існуван-ня ВЧПС в аргоні поширюється на весь ім-пульс, то-ді як азоті вони розміщуються, в осно-в-ному, в околі піка (Рис.2). При певних умовах ВЧПС можуть змі-щу-ватись до хво-с-то-вої части-ни імпульсу. Їх ча-с--тота монотон-но росте з ро-с-том С%,О2 в аргоні - від 1.2 МГц при 0.002% до 2.5 МГц при 0.008 %. Використання то-н-ких платино-вих і ні-ке--ле-вих дро-ти-нок у ролі коро-ну-ю--чого еле-ктро-да до-з-во-ляє отри-мувати висо-кочастотні пульсації струму виразнішими і три-ва-лішими, очевидно, за ра-ху-нок тривалішого зберігання осьової симетрії прикато-д-ної облас-ті розряду. Вперше показа-но, що роз-мі-ри робочої поверхні вістря є сут-тє-во бі-ль--шими у порів-ня-н-ні з геометричними розмірами його вер-хівки. Після на-ших перших пу-блікацій про скла-дні пу-ль-сації струму негативної корони в арго--ні та азоті з доміш-кою ки--сню [8, 18, 20, 23, 30, 51, 52, 62] ін-ші авто-ри опу--б-лі--кували ре-зу--ль-та-ти вимірювань у водні [Ц5] та азоті [Ц6].

У підрозділах 2.2-2.6 описано математичні моделі нега-ти-в-ної пу----ль--су-ю-чої коpони у рі-з-ко неод-но-рід-ному еле--ктричному по-лі, ме-то-ди їх ро-з-в'я---за-ння та основні результати про-ве-де-них комп’ютерних моде-лю-вань. Спро--щені моделі доз-во-ли-ли встанови-ти нас-ту-пне: первинне на---ро-с-та-ння кіль---кості ла-вин за ра-ху-нок вторинної іон-електронної емі--сії опису-є-ть-ся ви-ра--зом exp((x)dx), який збі-гається з виразом для розм-но-же-н-ня кі--ль--кості еле-к-т-ро-нів в одній лавині ((x) - коефіцієнт іонізації); попе-ре---ч-ний ро---з--мір ла--ви-ни при її пе-ре-міщенні зада-є--ться, в осно-в-но-му, електростатичним ро-з-што--в-ху-ва-н-ням елект-ро-нів в області ге-не-ру-ва-н-ня і ди-фу-з-ним розпливанням головки ла-вини в обла-с-ті дрей-фу; у пер-шо-му на-б-ли-же-нні струм протягом імпульсу пі-д-лягає закону ек-с--по-нен-ці-а-ль-но--го спаду з ростом ни-зьких кон-це-н---трацій ЕВ домішки. Резу-ль--та--ти роз-ра--хунків за до-по-могою моделі вільних ко-ливань за-ря--дів у при-катодній обла-с-ті дають пі-дставу стверджувати, що са-ме іо-ни вносять осно-в-ний вклад у ВЧПС. У ква-зі--ста-ці-о-на-рному наближенні пульсацію струму описали дифе-рен--ціа-льними рів-няннями не--пе-ре-р--вності по-то-ків зарядів і Пуассона для еле-к-тричного поля у квазі-двомір-ному про-сто-рі. У ролі базових виб-рано кі-не--тичні про-цеси: іоніза-цію атомів осно-в-но-го уда-ра-ми електронів, при-липання елек-т-ронів до молекул домішок і від-ли-па-ння від іо-нів O-2- при ударах елек--т-ронів, вто-ринну іон-еле-к-т-ро-н-ну емісію:

, (1)

, (2)

, (3)

, (4)

де ,,- гу----с----ти-ни елек-т-ро-нів, позитивних і не-га-тивних іонів; ,, - їх дре-й-фо-ві шви-д-ко-с-ті; , , - ча-с-то--ти іо-ні-зації, прили-па-н-ня і від-ли-па-н-ня. Для оцінки окремих ефектів вперше вклю------чили збудження моле-кул уда-ра-ми електронів, іонізацію O2 фо-то-на-ми, е-ві-дли-па-н-ня при зітк-не-н-нях іонів О2- зі збудженими мо-ле-ку-лами. До-пу--ще-но, що шви-д-кості кі-не-тичних процесів перебу-ва-ють у рівновазі з по-лем. Фо-р-ма стру---мо-во-го каналу в об-ла-сті ге-не--ру--ва--н-ня задавалась циліндри-ч-ною, за-ле--ж-ною від ко-нцентрації р-іонів, в об-ла---сті дрейфу – па-ра-бо-лі-ч-ною. Струм обчислював-ся сумою по---то-ку позитивних іонів і стру--му зміщення на катоді. В результаті ана-лізу методів ро-з-в’я-за-н-ня дифе--ренціа-ль-них рів-нянь, що опи-су-ють жор-с-ткі не-рі-в-но-ва-ж-ні про-цеси, ви-б-ра-но FCT-метод, який має най--вищий по-ря-док апрок-си-ма--ції і на-й-ни-ж-чий рівень чи-с-лової ди-фу-зії. Для оці-нок ви-ко-ристову-ва-ли методи, гір-ші за по-ря---д-ком апро-к-си-ма-ції і рів-нем чи-с-лової ди-фу-зії, проте, шви-дші і які за-без-пе-чу-ють за-до---ві-ль-ні результати. Дифе--рен-цію-вання проводили на неод-но-рід-ній про----с--то--ро-вій сітці з 160 комір-ка-ми і най-меншим кроком 10-4 см, часовий крок зміню-вали у межах 10-11 - 10-9 с.

В результаті проведених багаточисе-льних комп’ютерних моделювань отри-ма--но коре-лятивні залежності між функціями розряду і пульсуючим стру-мом, зокре-ма, між просто-ро-во-часовими розподі-ла-ми зарядів і поля у різних фазах розряду і ро-зділеними стру-мами змі-щення та провідності. Вони виявилися достатньо інформа-ти-вними для встановлення ме-ха---ніз-мів їх складних пульсацій і дають підставу стве-р--джу--вати про отри-ма-н-ня ряду но-вих рішень, викладених у висно-в-ках. Вперше опи-са-но за-ле-ж-ності струму від часу для N2 + O2 та Ar + O2 у виг-ляді, як гла-дких імпульсів (висо-кі концентрації кисню), так і з сильно розви-ну--ти-ми вто-ри-нними структура-ми (10-2 % – 10-1 %). Пер-ший імпульс струму є су-т--тєво складнішим, ви-щим і тривалі-шим від нас-ту-пних. Розміри і фо-р-ма чергових імпульсів струму задо-ві-льно узгоджуються з від-по-від-ни-ми параметрами виміряних імпульсів. Їх ча-с-то-та зростає при рості нап-ру---ги, що підтверджується вимірю-ва-нями. Зни-ження амплі-ту--ди і тривалості імпу-ль-сів від--бувається при ро-сті як кон-це-н-трації домішки, так і кое-фі-ці-єн-та при-ли--па-н-ня елек-т-ро--нів. Обчи-с-ле--ні зале-ж--но-с--ті тривалості, заряду, амплі-туд-и і частоти імпульсів від С%,О2 в азоті добре узгоджу-ються з відповідними виміряними за-леж-но-с-тя-ми. При зни--же-н-ні концентрації О2 до значень порядку 10-2 % тривалість імпу-ль-сів зро-с-тає до зна-чень порядку сотні мікро-се-кунд, при цьо-му період пульсації зростає з меншою шви--дкістю. Вперше теоретично під-тве-р-джено, що ча-с-тота імпульсів струму нега-ти-в-ної корони спадає з ро-с-том кон-це-н-т-ра-ції ЕВ до-мі--шок зі значними коефіцієнтами при-ли-пання елект-ро-нів (Skalni-1984), або в області дуже високих кон-цен-тра-цій, і зростає у випадку низьких коефіцієнтів прилипання і концентрацій ЕВ домішки (дана праця).

На основі аналізу обчислених розподілів концентрацій зарядів і по--ля виявлено, що по-зи-тивні іони про-тя-гом періоду пульсації корони розмі-щу-ю-ть-ся у при-по-вер-х-не-вій частині області генерування, товщина якої не перевищує 0.005 см при довжині цієї області 0.02 см. Основна маса негативних іо-нів та електронів роз-мі--щу--ється в об-ла-сті ге-не-рування і у близькій до неї частині об-ласті дрейфу. Діапазон від--да-лей від по--верхні катода, при яких кон-центрації пози-ти-в-них іонів та електронів є бли----зь-ки-ми між собою (перша умова існування нерівноважної плазми), є до-сить ма-лим, по-ря--д-ку 0.0007 – 0.01 см. Тут кон-це-нт-ра-ції зарядів є меншими на по--ря-док у порів-ня-н-ні з ін-ши---ми частинами області генерування. Існує постійне розді-ле-ння ша-рів позитивних і нега-ти-вних за-ря-дів, між якими перебуває шар нері-в--но-важної пла-з-ми. Отримані резу-ль-тати дозволили пояс-ни-ти пове--дінку складних імпульсів нега-ти-в-ної корони.

Спадаюча залежність заряду імпульсу від конце-н-т-ра-ції еле-к-тровід’ємної домі-ш-ки. У початкових фа--зах розряду лавин-не ро-з----м-но-же--ння еле--ктронів (e) і позитивних (p) іонів відбува-ється одночасно із хви-ле-по-ді-б-ним змі--щенням макси-му-му густини np (мак-си-му-му іонізації) до катода. При цьо--му у прилеглій до поверхні області різко зро---с-тає по-ле E, а отже, струми про-ві-д-ності Іпр і зміщення Ізм. Встановлено, що одно-ча-сно за p-шаром сут--тє-во знижує-ться су-марне поле і підвищу-є-ть-ся інте-н-си-вність при---липання електро-нів. Ни-зь-ка рух-ливість негативних (n) іонів при--водить до ва--го-мо-го зростання їх кількості. В ре-зу-ль-таті при-ка-то-дні функції np, E, а отже, струми Іпр і Ізм ся-га-ють мак-си-ма-ль-них значень, які контролюються сусіднім шаром негатив-них за-ря-дів. Підвище-ння ко-н-це-н-т-ра-ції домішки приво-дить до адекватного росту концен-тра-ції n-іо-нів, зниження конце-н--трації p-іонів і відповідного спаду максимального стру-му. Крім того, приш-ви-д-шу-є-ть-ся зниження інтеграла наповнення (x)dx до кри-ти--ч-но-го значе-н-ня ln(1+1/), при якому припиняється розряд ( - кое-фі-цієнт іон-елект-ро-нної емісії пове-р-х-ні катода), тобто, скорочується три-ва-лість ім-пу-льсу стру-му. Та-ким чином, заряд імпуль-су різко спадає при рості конце-н-т-ра-ції ЕВ домішки.

Зростаюча залежність частоти пульсації струму від ко-нце-н-т-ра-ції ЕВ доміш-ки. Відхід додатних іонів у між-імпу-ль-с-но-му пері-о-ді на ка-тод проходить одночасно із від-ли-па-ль--но-прилипальними про-цесами та "ес-та-фетним" перемі-ще-нням електронів в околі області генерування у протилежно-му напрямі. Це приво-дить до росту напру-же-но-сті поля у прика-то-д-ній області, а отже, до по-ча-т-ку наступного лавинного роз-м-но-же-ння зарядів. Нас--та-н--ня цього мо-ме-нту є мож-ли-вим тим швидше, чим нижчою є згене-рована кіль--кість p-іонів. З ростом концентрації ЕВ домішки остання зни-жу-ється і, від-повідно, росте частота пуль-сацій струму корони. Вперше по-ка-за-но, що максимум концентрації n-іонів у міжімпульсному періоді залишається бли---зьким до області гене-рування, що протирічить твердженню