Self-sustained volume discharge in mixtures of SF₆ with hydrocarbons, hydrogen and deuterium for non-chain HF(DF) lasers

Abstract

This paper reports on the comprehensive studies on a self-sustained volume discharge in SF 6based working media for electrochemical non-chain hydrogen fluoride (deuterium fluoride) lasers. The majority of the experimental results have first been obtained at various values of gas pressure for the discharge gaps with a large interelectrode distance, including plane electrode systems with a strong enhancement of the edge electric field. Some special features of the observed physical phenomena are explained using the developed adequate mathematical models. In particular, a radically new mechanism of the ionization instability in SF 6 -based mixtures at an intermediate pressure has been first considered and a relevant mathematical theory was developed. On this basis, the experimentally observable break-up of the discharge current into separate filaments in a laser-heated SF 6 -mixture was qualitatively explained. Some practical applications and recommendations have also been drawn from the performed studies.

Special issue on recent developments in plasma sources and new plasma regimes

“…Belevtsev et al [9] present comprehensive studies on a self-sustained volume discharge in SF 6 -based working media for electrochemical non-chain hydrogen fluoride (deuterium fluoride) lasers at various gas pressures and the discharge gaps with a large interelectrode distance. A radically new mechanism of the ionization instability in SF 6 -based mixtures at intermediate pressures has been first considered and they developed a relevant mathematical theory, explaining qualitatively break-up of the discharge current into separate filaments in a laser-heated SF 6 -mixture.…”

Самоорганизация Газоразрядной Плазмы В SF-=SUB=-6-=/SUB=- И Смесях На Его Основе

“…Объемный самостоятельный разряд в смесях SF 6 с водородом и углеводородами привлекает внимание исследователей в связи с тем, что эти газы составляют рабочую среду нецепных HF(DF)-лазеров [1][2][3][4][5]. Особенностью SF 6 , а также ряда других сильно электроотрицательных газов и смесей на их основе является возможность реализации в этих средах объемного разряда в форме самоинициирующегося объемного разряда (СИОР) [5], что позволяет при средних давлениях получать значительные объемы газоразрядной плазмы без использования специальных устройств предыонизации [1,6]. Ряд исследований указывает на то, что при зажигании наносекундного разряда в газовых смесях на основе SF 6 наблюдается возникновение упорядоченных плазменных структур [7,8].…”

“…На рисунке показаны интегральные фотографии СИОР в смеси SF 6 с этаном при формировании в разрядном промежутке (РП) прямоугольных импульсов тока заданной длительности [5,6]. Длительность разряда указана под фотографией.…”

“…Здесь b и K a -константы, зависящие от состояния поверхности и материала катода. Экспериментальные зависимости N s от парциального давления С 2 H 6 , полученные на различных электродных системах [5,6], с очень хорошей точностью аппроксимируются выражением (2). Механизмом отрицательной обратной связи, который препятствует развитию контрагированного канала, после формирования КП на электродах является " эффект ограничения плотности тока" [5], обусловленный уменьшением проводимости неконтрагированного плазменного канала при увеличении электрической энергии, вводимой в канал.…”

“…Уменьшение тока, протекающего через диффузный канал, в отличие от [15] определяется процессами в объеме РП. Результаты исследований [6] убедительно доказали, что в рабочих смесях нецепных HF(DF)-лазеров основными механизмами ограничения плотности тока СИОР являются диссоциация SF 6 (и других компонентов рабочей смеси) электронным ударом и процессы электрон-ионной рекомбинации.…”