О РАЗВИТИИ БЕЗЭЛЕКТРОДНОГО РАЗРЯДА УНИПОЛЯРНОГО ПРОБОЯ ГАЗА

Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ

Герасимов И.В.

giv@kti.kostroma.su

Костромской государственный технологический университет

Cпособ возбуждения и феноменология разряда УПГ [1,2] не позволяют объяснить его развитие (особенно начальную стадию) традиционными положениями существующей теорией разрядных процессов. Единственно корректное объяснение начальной стадии развития этого разряда можно сделать, используя механизм безэлектродного ввода [3-5] энергии электрических импульсов в объем разреженного газа с поверхности единственного наружного покрытия-электрода (ПЭ) через стеклянную стенку разрядной трубки. Последующая локализация введенной энергии в качестве заряда отрицательного знака, распределенного в подвижных свободных объемных зарядах (СОЗах) и ударная ионизация полем этих зарядов атомов и молекул газа, позволяет объяснить всю феноменологию разряда УПГ, механизм его развития, математически моделировать изменение его параметров.

Объяснение результатов экспериментальных исследований разряда УПГ основаны на следующих положениях:

— на невозможности соотнести заряд электрона с предельно малым объемом в

операции дивергенции, — единичный электрон не может представлять собой силу (или обильность) истоков поля в объеме газовой среды или () на поверхности металла; не может представлять истоки поля (стоки поля ), определяемые через (>0), или стоки поля (истоки поля ) с (<0), — электрон не может представлять собой и в электростатике, и в электродинамике заданность дивергенции поля ;

— на невозможности электронам представлять собой свободный заряд пространства: энергия электрона и его импульс определяют электрон в качестве движущейся частицы-волны, сформированной совместным, последовательным и дискретным взаимодействием с областью локализации его заряда полей, внешних к этой области;

— на невозможности сохранения электроном свойств частицы-волны (, ) при его выходе на поверхность металла [6];

— на невозможности любой совокупностью электронов — ферми-частиц представлять собой локализованный в пространстве объемный заряд только одного, отрицательного знака; в силу выше сказанного уравнение непрерывности (неразрывности) заряда пространства, в котором присутствует его объемное распределение , не может быть отнесено к объемному заряду электронов;

— на представлении Максвелла о пространстве, заполненным средой, обладающей определенными свойствами упругости; возбуждение и распространение электрических и магнитных полей в этом пространстве происходит смещением такой cреды [7];

— на определении потока смещения , переносящего пучностью волны в плотности неразрывного (непрерывного) пространственного заряда, заряд смещения [8];

— на определении вакуума в качестве формы существования заряженной материи, когда именно взаимодействие зарядов и создает электромагнитное поле вакуума с его электродинамикой близкодействия; энергия заключена в том пространстве, где имеется электрическое поле, и сосредоточена там, где есть заряды, создающее это поле[9];

— на представлении о пространстве-вакууме как формы существования распределенного по пространству с различной объемной плотностью отрицательного заряда, — само пространство создано объемным распределением этого заряда [10-12];

— на квантовом подходе к описанию атомных электронов (волновой функцией де Бройля [13] или шредингеровской волной [14] для частицы с энергией : ), который не предполагает полной экранировки в пространстве и во времени полей ядер атомов зарядом электронных орбиталей, т.е. сфера действия сил центральных полей ядер атомов не замыкается пространственной границей области локализации их электронных орбиталей, — эти поля существуют и за пределами этих границ;

— на требовании теории [15,16] наличия трёхмерного пространства для локализации в нем энергии электронных пар и их бездиссипативного перемещения;

— на возможности трансформации (фазовым перходом[10,17,18]) энергии и заряда электронов (ферми-частиц) при их выходе в зону свободной энергии (ЗСЭ [6]) поверхности металла в подвижную систему из 2-х электронных пар (бозе-частиц), когда каждая из 2-х пар возникшей системы сохраняет энергию покоя и заряд 2-х электронов с противоположным направленнием спинов ( и ), находящихся на самом нижнем энергетическом уровне; энергия выхода на поверхность металла (энергия Ферми ) 4-х электронов реализуется в потенциальном разнесении 2-х пар в одной их системе на расстоянии друг от друга (), которое определяется только родом металла (). Последующая передача энергии от возникшей системы пар молекулам газа у поверхности металла увеличивает ее радиус до максимального, определяемого через ее объем, зависящий от давления газа : = = ; .

Импульс 4-х электронов системы из 2-х пар при их выходе на поверхность металла сохраняется в моменте вращательного движения 8= = , приобретаемым системой в ЗСЭ поверхности.

— Единичным зарядом пространства, локализованном в его единичном объеме , является [19] заряд системы из двух электронных пар , сохраняющих в своем объединении энергию покоя , заряд и спины 2? (, ) 4-х электронов.

— Плотность энергии в области пространства, занимаемого определенного сорта атомами (молекулами) газа, определяется их концентрацией :

= .

Здесь — количество единичных зарядов , пространственная локализация которых представляет объем одной молекулы в непрерывном пространственном заряде таких же молекул газа; — общее число атомов в молекуле, и — порядковые номера элементов в таблице Менделеева, и — число атомов соответствующих элементов в молекуле, — максимальная валентность атомов молекулы, - общее число электронов, общих для ее атомов.

— Плотность пространственного заряда при давлении газа :

— Полное поле области пространственного заряда газовой среды в естественных условиях: , когда =. При этом , — “нулевая” плотность пространственного заряда, — его потенциал.

— Стоки поля с появляются при таком уменьшении давления газа относительно его нормального (, уменьшенным его откачкой из замкнутого объема, или при уменьшении давления в локальной области воздушной атмосферы относительно его естественного), при котором область пространственного заряда суммарного объема 27 молекул позволяет вводить в центральную часть этой области объем единичного заряда пространства .

— Восстановление плотности пространственного заряда заряда в области пониженного давления в стоках поля происходит только в том случае, если работа импульсного источника создала на поверхности ПЭ условия для появления истоков поля с , из которых в стоки этого поля в объеме разреженного газа полевым образом потоками смещения “ переносятся заряды смещения” . Единичный поток смещения представляет собой “пучность” (с ) уединенной волны пространственного заряда на общем фоне его пониженной плотности в объеме разреженного газа.

— Взаимодействие полей ядер атомов молекул с зарядом , перенесенным потоком в область его стока, объединяет 27 молекул (объемов пространственного заряда, соотнесенного с каждой молекулой) в одно молекулярное образование (МО) сферической геометрии.

— Поле (=) истоков потоков на поверхности ПЭ и поле зарядов =( Z₁_?) сферических объемов стоков потоков , — суть одна и та же величина.

— При уменьшении давления газа количество (Z₁) единичных зарядов , переносимых одним потоком (=(Z₁_?)) в объем в центральной части МО, увеличивается в такой закономерности, которая сохраняет сферическую геометрию объема . При этом с увеличением числа МО, объединяющих с течением времени на длине объема трубки все молекулы газа, увеличивается и сила их суммарной связи с пространственным зарядом в центральной части каждого МО: . Момент равенства этой силы и суммарной силы воздействия полей на зарядов (Z₁_?), переносимых потоками в объемов , , определяет протяженность (длину ) распространения разряда УПГ по объему газа трубки: = (здесь — сила взаимодействия единичного заряда с полями атомов молекул газа, составляющих одно МО).

— Максимальной протяженности разряда УПГ и максимальной скорости его распространения соответствует оптимальное давление газа (давление насыщения), при котором зарядом смещения (Z₁_?) потоков восстанавливается (нарушенное откачкой газа) нормальное ( ) количество единичных зарядов , соотнесенных с пространственной локализацией (объемом) одной молекулы газа.

— В наблюдаемой фазе разряда УПГ с поверхности ПЭ единичными потоками переносится заряд смещения , который заполняет собой практически весь объем МО. Заряды всех объемов после своего смещения от ПЭ на (— расстояние между молекулами газа при его давлении ) объединяются (как свободные заряды бозе-частиц) в единый свободный объемный заряд, — СОЗ.

— Количество (n) последовательных актов одновременного схода потоков задается условием образования ( в результате последовательного объединения зарядов ) такого СОЗа c объемом и зарядом , поле которого достаточно для ударной ионизации атомов и молекул газа. При наступлении этого момента у зарядов объемов , покрытых оболочкой из ионов, устраняется возможность объединяться в большие объемы.

— Процесс формирования заряда требует присутствия на ПЭ импульсного потенциала .

— При большой длительности импульса потенциала на ПЭ происходит последовательное формирование нескольких (“пачки”) объемов с зарядом и их смещение полем в продольном направлении объема газа трубки на расстояние от ПЭ. Смещение это сопровождается последовательным уменьшением объемов из-за распада их зарядов за пределы объема трубки в окружающую ее среду; фиксируется этот распад излучением поверхностью трубки широкого спектра частот электромагнитного поля, задаваемых частотой импульсного потенциала на ПЭ, его геометрией и размерами, давлением газа и радиусом трубки.

Литература

1.Герасимов И.В. Физика плазмы.1988.Т.14.С.1240.

2.Герасимов И.В. Журн.техн.физики.1994.Т.65.С.30.

3.Герасимов И.В.Материалы ФНТП-98 (Плазма,ХХв.)С.250-254.

4.Gerasimov A.I.,Gerasimov I.V. Proc. Int.Conference TPP-5. St. Petersburg. 1998. New York. Begel Hause.PP.129-134.

5.Gerasimov A.I.,GerasimovI.V.Proc.ICPIG XXIV. Warsaw. Poland. 1999.6. Дэвидсон С., Леви Дж. Поверхностные (таммовские) состояния. М.: Мир.1973.

7.Максвелл Дж.К. Статьи и речи.М.:Наука.1968.

8.Максвелл Дж.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.: Гостехиздат. 1933.

9.Нарожный Н.Б., Никишов А.И. ЖЭТФ.1973.Т.65. С.862.

10.Гинзбург В.Л.,Киржниц Д.А. УФН.1987.Т.152.С.575.

11.Мостепаненко В.М.,Фролов В.М. Ядерная физика.1974.Т.19.С.885.

12.Дирак П. Принципы квантовой механики.М.:Наука.1979

13.Де Бройль Л. УФН.1977.Т.122.С.562.

14.ШредингерЭ.Избранные труды по квантовой механике.М.:Наука.1976

15.Кресин В.З. Сверхпроводимость и сверхтекучесть.М.:Наука.1978.

16.Нарожный Н.Б.,Никишов А.И.Ядерная физика. 1970. Т.11. С. 1072.

17.Киржниц Д.Р., Линде А.Д ЖЭТФ.1974.Т.67.С.1263

18.Киржниц Д.Р.,Линде А.Д. Фазовые превращения в физике элементарных частиц и космологии. Сб.Наука и человечество. 1984. С.165.

19.Герасимов И.В.Патент РФ N2076381 "Поверхностный и объемный источник зарядов одного знака" (приоритет от 25.03.1991). БИ N9.1997.