首先介绍单色光对等离子体射流的放电延时的作用。这里采用双环电极的射流装置,高压电极和地电极包裹在放电管外面,高压极和地电极的距离为18mm,实验装置如图2.5.2(a)所示。光电倍增管放置在如图所示的位置,用来检测放电击穿时刻。
图2.5.2 可见光对等离子体射流击穿延时的影响实验[19]
(a)实验装置图;(b)击穿延时测量示意图
击穿延时的测量方法如图2.5.2(b)所示,根据PMT的信号和施加的电压脉冲的信号计算tdelay,其中PMT信号用来检测击穿过程。需要说明的是,为尽可能排除外界干扰,该实验在黑暗环境下进行,且每个数据点都重复测量20次。
关于可见光对射流击穿的延时,这里分别给出了在不同放电管的尺寸、材料及气体流速条件下单色光对放电的影响,实验时选择404nm的蓝色激光作为激励源,99.999%He作为工作气体,电压、频率和脉宽的参数分别为8kV、8kHz、2μs。图2.5.3(a)为采用不同尺寸及材料的介质管作为放电管时,放电延时在无外加光和404nm蓝色激光照射条件下的变化情况。其中放电管的尺寸及材料的详细参数如表2.5.1所示。图2.5.3(b)为采用内径1mm,外径3mm的石英管(即4号介质管),不同气流速度时可见光对放电延时的结果。
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图2.5.3 有无404nm激光照射时,射流的击穿延时[19]
(a)不同介质管尺寸及材料;(b)不同气体流速
表2.5.1 射流装置使用的介质管尺寸及材料[19]
从图2.5.3(a)中可以发现404nm蓝色激光可以有效地缩短放电延时,加404nm的光照射后,所有放电管对应的放电延时缩小1到5个数量级。需要说明的是2号放电管,在图中并未给出不加光照射时的放电延时,这是由于不加外加光时,其放电延时大于5min。2号放电管采用聚四氟乙烯材料,这说明聚四氟乙烯材料不利于放电,但是加光后放电延时显著缩短。通过对比1号和3号管,这两个放电管有相同的壁厚,当无外加光时,其放电延时几乎相等,但是加404nm光照射后,3号管的放电延时比1号管小3个数量级。所以,当壁厚相等时,较大的内径能够使404nm光对放电延时的缩短作用更显著。4号管和5号管有相同的外径,但是壁厚不同,当无外加光时,壁厚较厚的4号管难放电,而壁厚较小的5号管放电更容易,但是加光后,两个管的放电延时几乎相等。
从图2.5.3(b)可以看出,不加外加光源照射时,等离子体射流的击穿延时在不同流速下的差别不大,基本都是在105ms量级,施加404nm的可见光照射后,不同流速下的击穿延时在10~102ms量级,它们的击穿延时也没有太大差别。由此可见,可见光对放电延时的影响不受气流速度的影响。根据上述结果可以得出结论:可见光对放电延时有明显地减小作用,能够促进击穿的发生,这种促进作用在放电管选择较大内径和适当的材料时会得到加强。
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