RU2303322C1 - Volume discharge generating device - Google Patents
Volume discharge generating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303322C1 RU2303322C1 RU2005137270/28A RU2005137270A RU2303322C1 RU 2303322 C1 RU2303322 C1 RU 2303322C1 RU 2005137270/28 A RU2005137270/28 A RU 2005137270/28A RU 2005137270 A RU2005137270 A RU 2005137270A RU 2303322 C1 RU2303322 C1 RU 2303322C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- main
- electrode
- electrodes
- volume
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к устройству формирования объемного разряда. Особенно предпочтительно использование заявляемого устройства в электроразрядных импульсно-периодических лазерах с поперечным разрядом, а также в технологических операциях, медицине, экологии, в решении плазменно-химических задач и т.п.The invention relates to the field of quantum electronics, and in particular to a volume discharge forming device. It is especially preferable to use the inventive device in electric-discharge periodic-periodic pulsed lasers with transverse discharge, as well as in technological operations, medicine, ecology, in solving plasma-chemical problems, etc.
Уровень техники.The level of technology.
Известно, что в электроразрядных лазерах, в момент, предшествующий формированию объемного разряда, создание в объеме разрядного промежутка некоторой величины начальной концентрации электронов, достаточной для перекрытия лавин, развивающихся из начальных электронов при приложении к промежутку импульса высокого напряжения, качественным образом улучшает характеристики разряда. Обычно для получения начальной концентрации электронов в разрядном промежутке применяется предварительная ионизация газовой смеси. Реализация механизма предварительной ионизации позволяет улучшить условия формирования объемного разряда, тем самым повысить удельный энерговклад, качество лазерного излучения, КПД, частоту повторения импульсов и среднюю мощность лазера. Типичный источник предварительной ионизации - УФ-излучение искрового разряда (разряда по поверхности, барьерного или коронного).It is known that in electric-discharge lasers, at the time preceding the formation of a volume discharge, the creation in the volume of the discharge gap of a certain value of the initial electron concentration sufficient to block the avalanches developing from the initial electrons when a high voltage pulse is applied to the gap, qualitatively improves the discharge characteristics. Usually, preliminary ionization of the gas mixture is used to obtain the initial electron concentration in the discharge gap. Implementation of the preliminary ionization mechanism allows improving the conditions for the formation of a volume discharge, thereby increasing the specific energy input, the quality of laser radiation, efficiency, pulse repetition rate, and average laser power. A typical source of preliminary ionization is the UV radiation of a spark discharge (discharge on the surface, barrier or corona).
Известно устройство, содержащее разрядную камеру с двумя электродами основного разряда (сплошной анод и перфорированный катод), разделенными разрядным промежутком, электрод предварительной ионизации, расположенный под катодом, и генераторы импульсного напряжения основного разряда и разряда предварительной ионизации [1].A device is known that contains a discharge chamber with two electrodes of the main discharge (a solid anode and a perforated cathode) separated by a discharge gap, a preliminary ionization electrode located under the cathode, and pulse voltage generators of the main discharge and the preliminary ionization discharge [1].
Недостатком данного устройства является то, что приходится обеспечивать высокую точность синхронизации времени приложения напряжения от источников импульсного напряжения к электродам основного разряда и разряда предварительной ионизации. Кроме того, использование отдельного источника импульсного напряжения не позволяет применять для питания основного разряда источник знакопеременного напряжения (импульсно-периодический режим с изменением полярности основных электродов).The disadvantage of this device is that it is necessary to provide high accuracy in synchronizing the time of application of voltage from sources of pulse voltage to the electrodes of the main discharge and the discharge of preliminary ionization. In addition, the use of a separate source of pulse voltage does not allow the source of alternating voltage to be used to power the main discharge (pulse-periodic mode with a change in the polarity of the main electrodes).
Известен электроразрядный импульсно-периодический газовый лазер, в котором для повышения максимальной частоты повторения импульсов лазерного излучения электроды предварительной ионизации, формирующие коронный разряд через диэлектрик, расположены около боковых сторон одного основного электрода, соединены с другим электродом основного разряда посредством сетчатого токопровода, сквозь который проходит поток газа, и выполнены так, чтобы облегчить прокачку газа через разрядный промежуток [2].A known electric-discharge pulse-periodic gas laser, in which, to increase the maximum pulse repetition rate of laser radiation, the preliminary ionization electrodes forming a corona discharge through a dielectric are located near the sides of one main electrode, connected to another electrode of the main discharge through a mesh current path through which a current passes gas, and are designed to facilitate pumping gas through the discharge gap [2].
Данное устройство обладает теми же недостатками, что и устройство [1]. Кроме того, соединение электродов предварительной ионизации с другим электродом основного разряда неизолированным сетчатым токопроводом повышает вероятность пробоя на него напряжения питания разряда. Расположение сетчатого токопровода (даже с высоким коэффициентом прозрачности), обладающего газодинамическим сопротивлением, в области потока газа снижает скорость потока газовой смеси по сравнению со скоростью в его отсутствии.This device has the same disadvantages as the device [1]. In addition, the connection of the pre-ionization electrodes to another electrode of the main discharge with an uninsulated mesh conductor increases the likelihood of a breakdown of the discharge supply voltage to it. The location of the mesh current path (even with a high transparency coefficient), which has gas-dynamic resistance, in the region of the gas flow reduces the flow rate of the gas mixture compared to the speed in its absence.
Известно устройство формирования объемного разряда, представленное на фиг.1 и содержащее разрядную камеру с двумя противоположно расположенными электродами основного разряда (1 и 2), подключенными к источнику питания (25). Вдоль одного из основных электродов (1) с двух сторон установлены электроды формирования разряда предварительной ионизации, каждый из которых выполнен в виде металлического проводника (3а), заключенного в закрытую с одного конца и открытую с другого конца диэлектрическую трубку (3b), и вспомогательного электрода (27). При этом металлический проводник (3а) соединен с дополнительным источником питания посредством элементов (24), (26) со стороны открытого конца трубки, а вспомогательный электрод (27) соединен с основным электродом (1) [3]. В этом устройстве, так же как и в устройствах [1, 2], источником начальной концентрации электронов служит УФ-излучение разряда предварительной ионизации.A device for the formation of a volume discharge, shown in figure 1 and containing a discharge chamber with two oppositely located electrodes of the main discharge (1 and 2) connected to a power source (25). Along one of the main electrodes (1), electrodes for the formation of a preliminary ionization discharge are installed on both sides, each of which is made in the form of a metal conductor (3a) enclosed in a dielectric tube (3b) closed at one end and open at the other end, and an auxiliary electrode (27). In this case, the metal conductor (3a) is connected to an additional power source by means of elements (24), (26) from the side of the open end of the tube, and the auxiliary electrode (27) is connected to the main electrode (1) [3]. In this device, as well as in devices [1, 2], the source of the initial electron concentration is the UV radiation of the preliminary ionization discharge.
Данному устройству присущи все недостатки устройства [1]. Кроме того, к его недостаткам следует отнести возможность пробоя в области вывода электрического соединения с металлическим проводником электрода предионизации, находящейся в непосредственной близости от зоны основного разряда, а также неоднородное распределение начальной концентрации электронов, приводящее к неоднородному энерговкладу в поперечном сечении разрядного промежутка. Наличие этих недостатков не позволяет достичь оптимального энерговклада во всем активном объеме устройства формирования объемного разряда.This device has all the disadvantages of the device [1]. In addition, its disadvantages include the possibility of breakdown in the area of the electrical connection with the metal conductor of the preionization electrode located in the immediate vicinity of the zone of the main discharge, as well as the inhomogeneous distribution of the initial electron concentration, which leads to inhomogeneous energy deposition in the cross section of the discharge gap. The presence of these disadvantages does not allow to achieve optimal energy input in the entire active volume of the volume discharge forming device.
Последнее из рассмотренных решений [3], как наиболее близкое по технической и физической сущности к заявляемому изобретению, выбрано в качестве прототипа.The last of the considered solutions [3], as the closest in technical and physical nature to the claimed invention, is selected as a prototype.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Техническим результатом изобретения является создание устройства формирования объемного разряда, обеспечивающего повышение однородности основного разряда и надежности его работы при использовании как униполярного, так и знакопеременного импульсного напряжения питания основного разряда.The technical result of the invention is the creation of a device for the formation of a volume discharge, providing an increase in the uniformity of the main discharge and the reliability of its operation when using both unipolar and alternating pulse voltage of the main discharge.
Технический результат в заявляемом изобретении достигается тем, что в устройстве формирования объемного разряда, включающем разрядную камеру с подключенными к генератору импульсного напряжения основными электродами и, по крайней мере, с одним электродом разряда предварительной ионизации, состоящим из металлического проводника, заключенного в диэлектрическую трубку, закрытую с одного конца, и расположенным вдоль одного из основных электродов, новым является то, что электрод разряда предварительной ионизации выполнен таким размером, что он расположен и вдоль боковой стороны другого основного электрода, при этом диэлектрическая трубка закрыта с другого конца, а генератором импульсных напряжений служит источник питания с униполярным или знакопеременным напряжением.The technical result in the claimed invention is achieved by the fact that in the device for forming a volume discharge, including a discharge chamber with main electrodes connected to a pulse voltage generator and at least one electrode of a preliminary ionization discharge, consisting of a metal conductor enclosed in a dielectric tube, closed from one end, and located along one of the main electrodes, it is new that the electrode of the preliminary ionization discharge is made in such a size, and it is located along the side of the other main electrode, wherein the dielectric tube is closed at the other end, and the pulse generator power source voltage is unipolar or alternating voltage.
Выполнение электрода разряда предварительной ионизации с размером, обеспечивающим его размещение вдоль боковых сторон основных электродов, позволяет повысить однородность основного разряда. Это происходит за счет улучшения однородности начальной концентрации электронов, получаемых УФ-излучением разряда предварительной ионизации в активном объеме между электродами основного разряда.The implementation of the pre-ionization discharge electrode with a size that ensures its placement along the sides of the main electrodes, improves the uniformity of the main discharge. This is due to improving the uniformity of the initial concentration of electrons obtained by UV radiation of the preliminary ionization discharge in the active volume between the electrodes of the main discharge.
Благодаря тому, что диэлектрическая трубка с металлическим проводником закрыта с обоих концов, исключается возможность пробоев и повышается надежность работы устройства формирования объемного разряда.Due to the fact that the dielectric tube with a metal conductor is closed at both ends, the possibility of breakdowns is excluded and the reliability of the device for forming a volume discharge is increased.
Использование как униполярного, так и знакопеременного импульсного напряжения питания основного разряда позволяет расширить функциональные возможности заявляемого устройства, а именно реализовывать квазинепрерывный режим работы лазера при его накачке ВЧ и СВЧ-разрядом.The use of both unipolar and alternating pulsed supply voltage of the main discharge allows you to expand the functionality of the claimed device, namely, to implement a quasi-continuous mode of operation of the laser when it is pumped by RF and microwave discharge.
Не обнаружены технические решения, совокупность признаков которых совпадает с совокупностью признаков заявляемого устройства формирования объемного разряда, в том числе с отличительными признаками. Эта новая совокупность признаков является новым техническим средством, которое обеспечивает получение технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".No technical solutions were found, the combination of features of which coincides with the combination of features of the claimed device for forming a volume discharge, including distinctive features. This new set of features is a new technical tool that provides a technical result, which allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "inventive step".
На фиг.1 представлена схема устройства-прототипа, где 1 и 2 - основные электроды, 25 - генератор импульсных напряжений. 3а - металлический проводник электрода разряда предварительной ионизации, подключенный к дополнительному источнику питания 26, 3b - диэлектрическая трубка, 27 - вспомогательный электрод.Figure 1 presents a diagram of a prototype device, where 1 and 2 are the main electrodes, 25 is a pulse voltage generator. 3a - metal conductor of the preliminary ionization discharge electrode connected to an
Схема заявляемого устройства представлена на фиг.2а (вид спереди) и фиг.2b (вид слева), где 1 и 2 - основные электроды, 3а - металлический проводник электрода разряда предионизации, 3b - диэлектрическая трубка, 4 - разрядная камера, 5 - генератор импульсных напряжений, 6 - разряд предионизации, 7 - основной разряд, 8 - держатели.A diagram of the inventive device is shown in FIG. 2a (front view) and FIG. 2b (left view), where 1 and 2 are the main electrodes, 3a is the metal conductor of the preionization discharge electrode, 3b is a dielectric tube, 4 is a discharge chamber, 5 is a generator pulse voltages, 6 - discharge of preionization, 7 - main discharge, 8 - holders.
Заявляемое устройство выполнено следующим образом.The inventive device is as follows.
В разрядной камере 4 вдоль основных электродов 1 и 2, подключенных к генератору импульсного напряжения 5, с двух сторон расположены электроды разряда предварительной ионизации в виде металлического проводника 3а, заключенного в полую диэлектрическую трубку 3b, закрытую с обоих концов. Каждый электрод разряда предварительной ионизации выполнен таким размером, что он расположен вдоль боковых сторон обоих основных электродов, т.е. одна его часть вдоль одного из основных электродов, а вторая - вдоль другого. Электроды разряда предварительной ионизации закреплены в держателях 8, количество которых определяется длиной основных электродов. Причем основные электроды 1 и 2, объединенные посредством реактивной связи электрода разряда предварительной ионизации, с точки зрения электростатики, образуют последовательное соединение четырех конденсаторов: Сг-Сд-Сд-Сг (где Сг - емкость газового промежутка, а Сд - емкость слоя материала диэлектрической трубки), в котором основные электроды 1 и 2 и металлический проводник За выполняют роль обкладок конденсаторов, а газовые промежутки (промежутки, разделяющие каждый из основных электродов и металлический проводник электрода разряда предварительной ионизации) и диэлектрическая трубка 3b - роль заполняющего между ними пространство диэлектрика.In the discharge chamber 4 along the
Заявляемое устройство формирования объемного разряда работает следующим образом.The inventive device for forming a volume discharge works as follows.
При приложении к основным электродам (1 и 2) импульса напряжения происходит заряд емкости Сг-Сд-Сд-Сг. Поскольку Сг≪Сд, то основное падение напряжения происходит на Сг, на газовых промежутках между основными электродами и частями электродов разряда предварительной ионизации. При достижении некоторого порогового напряжения на газовом промежутке происходит его пробой - формирование барьерного разряда (6). Поскольку система эквивалентных емкостей Сг-Сд-Сд-Сг последовательная, то пробой разрядных промежутков, разделяющих основные электроды и соответствующие им части электрода разряда предварительной ионизации, происходит одновременно, через них протекает одинаковый, общий ток разряда. За счет того, что разряд предварительной ионизации формируется как барьерный, обеспечивается его высокая однородность вдоль всей длины основных электродов. Это приводит к высокой однородности УФ-излучения и однородной предварительной ионизации основного разрядного промежутка по всей его длине. Формирование разряда предварительной ионизации вблизи обоих основных электродов обеспечивает высокую однородность предварительной ионизации рабочей среды по высоте разрядного промежутка, а следовательно, и энерговклад в объемный разряд 7. При этом исключение возможности пробоев на металлический проводник За импульсного напряжения основного разряда повышает надежность устройства формирования объемного разряда.When a voltage pulse is applied to the main electrodes (1 and 2), a capacitance charge C g –C d –C d –C g occurs. Since C g ≪ C d , the main voltage drop occurs on C g , on the gas spaces between the main electrodes and the parts of the electrodes of the preliminary ionization discharge. Upon reaching a certain threshold voltage in the gas gap, it breaks down - the formation of a barrier discharge (6). Since the system of equivalent capacitances C g -C d -C d -C g is sequential, the breakdown of the discharge gaps separating the main electrodes and the corresponding parts of the preliminary ionization electrode occurs simultaneously, the same, common discharge current flows through them. Due to the fact that the preliminary ionization discharge forms as a barrier, its high uniformity along the entire length of the main electrodes is ensured. This leads to a high uniformity of UV radiation and a uniform preliminary ionization of the main discharge gap along its entire length. The formation of a preliminary ionization discharge near both main electrodes ensures high uniformity of the preliminary ionization of the working medium along the height of the discharge gap, and, consequently, the energy input into the volume discharge 7. Moreover, the elimination of the possibility of breakdowns on the metal conductor of the pulsed voltage of the main discharge increases the reliability of the volume discharge formation device.
На предприятии проведена экспериментальная проверка работоспособности заявляемого устройства формирования объемного разряда. В экспериментальной установке основные электроды были выполнены профилированными, электроды разряда предварительной ионизации были выполнены из медного проводника, помещенного в стеклянную трубку. Исходя из размеров разрядного промежутка (высоты и ширины) подбиралась величина зазора между основными электродами и электродами разряда предварительной ионизации. Получено экспериментальное подтверждение высокой однородности энерговклада в разрядный промежуток.The company conducted an experimental test of the health of the claimed device for the formation of a volume discharge. In the experimental setup, the main electrodes were profiled, the preliminary ionization discharge electrodes were made of a copper conductor placed in a glass tube. Based on the size of the discharge gap (height and width), a gap was selected between the main electrodes and the electrodes of the preliminary ionization discharge. Experimental confirmation of the high uniformity of the energy input into the discharge gap is obtained.
Заявляемое устройство найдет применение в электроразрядных лазерах с повышенной частотой инициирования, с источниками знакопеременного импульсного напряжения, в технологических операциях, медицине, экологии и других областях техники.The inventive device will find application in electric-discharge lasers with a high initiation frequency, with sources of alternating pulse voltage, in technological operations, medicine, ecology and other fields of technology.
Источники информацииInformation sources
1. В.Lacour «High average power HF/DF lasers» Proceedings of SPIE, vol.4071, p.9-16, 2000.1. B. Lacour "High average power HF / DF lasers" Proceedings of SPIE, vol. 4071, p. 9-16, 2000.
2. И.В.Павлишин, Ю.А.Балошин. Патент RU №2025009, кл. H01S 3/097, опубл. 15.12.94.2. I.V. Pavlishin, Yu.A. Baloshin. Patent RU No. 2025009, cl.
3. Патент США №6650679, кл. H01S 3/0977, опубл. 18.11.2003.3. US patent No. 6650679, CL.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137270/28A RU2303322C1 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Volume discharge generating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137270/28A RU2303322C1 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Volume discharge generating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2303322C1 true RU2303322C1 (en) | 2007-07-20 |
Family
ID=38431239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005137270/28A RU2303322C1 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Volume discharge generating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2303322C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2454749C2 (en) * | 2010-04-13 | 2012-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Method of generating plasma of gaseous medium and apparatus for realising said method |
| RU2520374C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-06-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Method for pulse length reduction of powerful shf radiation and method for its implementation |
| RU2596908C1 (en) * | 2015-07-31 | 2016-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for space charge generation |
| RU2721756C1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Method of receiving surrounding barrier discharge and device for implementing method for receiving surrounding barrier discharge |
-
2005
- 2005-11-30 RU RU2005137270/28A patent/RU2303322C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2454749C2 (en) * | 2010-04-13 | 2012-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Method of generating plasma of gaseous medium and apparatus for realising said method |
| RU2520374C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-06-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Method for pulse length reduction of powerful shf radiation and method for its implementation |
| RU2596908C1 (en) * | 2015-07-31 | 2016-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for space charge generation |
| RU2721756C1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Method of receiving surrounding barrier discharge and device for implementing method for receiving surrounding barrier discharge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5875207A (en) | Discharge arrangement for pulsed gas lasers | |
| RU2303322C1 (en) | Volume discharge generating device | |
| RU2368047C1 (en) | Device for generating volumetric discharge | |
| Kozlov et al. | High-voltage pulse generators for effective pumping of super-atmospheric pressure CO2-lasers | |
| Razhev et al. | Effect of the pump intensity on the efficiency of a KrF excimer electric-discharge laser on a He—Kr—F2 mixture | |
| RU2517796C1 (en) | Apparatus for generating volumetric self-sustained discharge | |
| Anufrik et al. | Influence of the preionization system on the lasing energy of a XeCl laser | |
| Billault et al. | Pseudospark switches | |
| US20080019411A1 (en) | Compact sealed-off excimer laser | |
| RU2029423C1 (en) | Method of generation in gas electric discharge laser and gas electric discharge laser | |
| RU2771664C1 (en) | Electric discharge radiation source | |
| Cirkel et al. | Excimer lasers with large discharge cross section | |
| Kozlov | Formation of volume discharges in dense gases at pulse repetition rates up to 10 kHz | |
| Azarov et al. | Xe laser pumped by fast electrons generated in a barrier discharge | |
| Boichenko et al. | The nature of emitting microdischarges in barrier-discharge lamps | |
| RU2313872C2 (en) | Nitrogen laser | |
| RU2105400C1 (en) | Device for generation three-dimensional self- maintained discharge | |
| US8792522B2 (en) | Method and apparatus for synchronized starting of soft x-ray lasers | |
| Averin et al. | A Multichannel TEA N 2 Laser for Visualizing Pulsed Plasma in the Nanosecond Range | |
| Frolov et al. | Gas-filled laser-triggered spark gap | |
| Panchenko et al. | Pulsed gas lasers pumped by generators with inductive energy storage | |
| RU2219626C2 (en) | Electric-discharge kinetic-reaction hf (df) laser | |
| RU2596908C1 (en) | Device for space charge generation | |
| Bychkov et al. | Kinetic processes in the electric discharge in SF 6 | |
| RU2598142C2 (en) | Powerful pulse-periodic excimer laser for technological applications |