Нелокальные ионизационные и волновые процессы в импульсных разрядах атмосферного давления

Объект исследования - свободно расширяющиеся самостоятельные импульсные разряды в межэлектродных промежутках (1 - 3 см) в инертных газах (Не, Ar) в диапазоне давлений 1 - 5 атм и прикладываемых полей 3 - 25 кВ/см. Цель исследования - изучение различными методами (электрическими, оптическими, спектральными и численным расчетом) нелокальных физических процессов в рабочих средах инертных газов (Не, Ar) при образовании и развитии пространственных структур, определение энергетических, спектральных и временных характеристик пробоя в коротких перенапряженных промежутках. Выполнено моделирование импульсного разряда на основе двумерной осесимметричной модели с учетом нелокальности ионизационных и дрейфовых характеристик электронов. Получены количественные данные о динамике изменения напряжения и тока разряда, концентрации электронов и ионов, распределения потенциала, фотоэлектронной и ион-электронной составляющих тока вторичной эмиссии с катода, энергии, вводимой в промежуток. Установлено, что формирование объемного разряда происходит в процессе развития одной катодонаправленной волны ионизации, а наличие микронеоднородностей на поверхности катода могут быть причиной формирования СДР. Показано, что учет нелокальности приводит к росту напряженности электрического поля на фронте волны ионизации и ее скорости. Впервые выполнен качественный анализ кинетики формирования оптического излучения прикатодной плазмы самостоятельных разрядов в инертных газах (Не, Ar), позволяющий определить механизм контракции объемных разрядов в искровой канал и СДР. Показано, что в процессе перехода объемного разряда в искровой канал и в сильноточный диффузный режим, в спектре прикатодной плазмы зажигаются новые линии материала вещества электродов. Проведено комплексное экспериментальное исследование формирования ударных волн в газах высокого давления с наносекундным временным разрешением. Экспериментально и расчетами показано, что разлет плазмы катодного пятна носит адиабатический характер. Полученные в работе новые результаты о характере формирования объемного разряда, режиме однородного горения диффузного разряда и перехода объемного разряда в искровой канал или в СДР, могут быть использованы для устранения неоднородности плазмы и улучшения характеристик газовых лазеров и систем их инициирования.