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Powerful Pulsed Plasma Generators
Victor Kolikov Meer over de auteurs
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Powerful Pulsed Plasma Generators

Research and Application

 Gebonden Engels 2018 9783319952482
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Samenvatting

This book presents experimental and theoretical results on extremely powerful plasma generators. It addresses pulsed electrical mega-ampere arcs and the mechanisms of energy transfer from the arc into hydrogen, helium and air under pressures up to 250 MPa and currents up to 2 MA. Extreme plasma parameters and increased energy density in the arc were achieved. It was found experimentally that increasing the initial gas pressure to hundreds of MPa leads to improved arc stability, high efficiency of energy transfer from arc to gas, and plasma enthalpy growth. The data obtained data provides the basis for the development of electrophysical devices with high energy density, e.g. high intensity sources for visible, UV and X-ray irradiation for laser pumping, generators of high enthalpy plasma jets, and plasma chemical reactors.

Specificaties

ISBN13:9783319952482
Taal:Engels
Bindwijze:gebonden
Uitgever:Springer International Publishing
Serie:Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics

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Inhoudsopgave

<p>1.Introduction……….………………………………...................….…………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 14</p> <p>References……………………………………………………………………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 21</p> <p>2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Test Benches of the IEE RAS’ Pulsed Plasma Generators..….................................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 25</p> <p>2.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Construction and Equipment of Test Benches………….....…….........................&nbsp;&nbsp;&nbsp; 25</p> <p>2.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Power Supplies of the Plasma Generators.……..………………..........................&nbsp;&nbsp;&nbsp; 26</p> <p>2.2.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Capacitive Power Supply CPS-25……………………………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 26</p> <p>2.2.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Capacitive Power Supply CPS-10……………….……..........................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 32</p> <p>2.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Components of Power Supply………..…………….………..……….…………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 36</p> <p>2.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Diagnostic Methods and Measurement Equipment..…………...……………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 39</p> <p>2.4.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Initial Parameters of Experiment…….………………….……………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 39</p> <p>2.4.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Pulsed Current…..…………….…………….…………...……………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 40</p> <p>2.4.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Voltage Drop Across Arc……....…………………...…..……………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 41</p> <p>2.4.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Pulsed Pressure……….………………………………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 42</p> <p>2.4.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Optical Registration…….………………………………………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 44</p> <p>2.4.6&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; X-Rays Registration……………………………………………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 46</p> <p>2.4.7&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Data Registration and Processing System…………....….……………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 48</p> <p>References……………………………………………………….……………….…….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 49</p> <p>3.Pulsed Plasma Generators……………………………………………………………………..51</p> <p>3.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Types of Electrodischarge Chambers………………..………....………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 51</p> <p>3.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; IEE RAS’ Pulsed Plasma Generators………………….……….……………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 57</p> <p>3.2.1&nbsp;&nbsp;&nbsp; Design of Plasma Generators………….……………...……....................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 57</p> <p>3.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Components of Plasma Generators’ Electrodischarge Chambers…..….……….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 66</p> <p>References………………………………………………………..….…………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 75</p> <p>4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Parameters of the Arc..…..….....…………………………..…..…………………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 77</p> <p>4.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Resistance……..…………….….………….……..……...………………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 77</p> <p>4.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Electric Feld Intensity in Generator PPG-3……………………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 83</p> <p>4.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Current Density………………………………….………...................................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 90</p> <p>4.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Inductance…………………..……..…………..……….…………………...…...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 90</p> <p>4.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Temperature..……………..……………….……………….………………….....&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 91</p> <p>References………………………………………………………….………………......&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 94</p> &nbsp;<p></p> <p>5.Erosion of Electrodes………...………………………………...…….……………..….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 96</p> <p>5.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Specific Erosion of Electrodes.………………………………………………………....96</p> <p>5.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Liquid and Vapor Erosions.…………….……………….……..……..……….&nbsp;&nbsp;&nbsp; 101</p> 5.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Erosion as Electrode Jets…..………………..….…………….………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp; 107<p></p> <p>5.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Erosion as Electrode Surface Layer Ejection…………….…...…….………….&nbsp; 111</p> <p>5.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Erosion and Molecular Weight of Gas……..……………….............................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 114</p> References………………………………………………………….………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 116<p></p> <p>6&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Oscillations of Arc’ s Diameter……………….…………………….........................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 118</p> <p>6.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Acoustic Oscillations……………………….…...……..……….……………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 118</p> <p>6.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Shock-Wave Compression of Arc..………….……….…..….….……………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 122</p> <p>6.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Oscillations of Arc’s Diameter Caused by Magnetic and Gas Pressures………&nbsp;&nbsp;&nbsp; 125</p> <p>6.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Oscillations of Soft X-Rays Irradiation Intensity……………………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 126</p> <p>References………………………………………………………….………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 130</p> <p>&nbsp;</p> <p>7&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Processes and Heat Transfer in Electrodischarge Chamber.....………..………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 131</p> <p>7.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arcing in Coaxial Discharge Chamber……………….………….....................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 131</p> <p>7.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc Movement…………………...…….……………..……….….……………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 137</p> <p>7.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Heat Transfer from Arc to Gas………………………………….……………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 141</p> <p>7.3.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Irradiation…………………………………………….....……………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 141</p> <p>7.3.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Thermal Conductivity…………….……………………..……………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 143</p> 7.3.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Turbulent Heat Transfer…………..………………….….……………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 144<p></p> <p>7.3.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Shock Waves………..……………………………………..................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 145</p> <p>7.3.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Shock Waves in Hydrogen….……………………….……………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 146</p> <p>7.3.6&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Shock Waves in Helium..……………………….……………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 146</p> <p>7.3.7&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Shock Waves in Air……….………………………….………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 150</p> <p>7.3.8&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Impact of Electrode Jets on Heat Transfer………..……..……………&nbsp;&nbsp;&nbsp; 152</p> <p>7.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Energy in Arc and Heat Transfer Components…..………...………………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 156</p> <p>References…………………………………………………………….……………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 157</p> <p>&nbsp;</p> <p>8&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Modes of Arcing………………….……………………………..….……………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 159</p> <p>8.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Refractory Electrodes………...……………………...……....................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 159</p> <p>8.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Fusible Electrodes……………...………………………….....................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 163</p> <p>8.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Multipulse Mode……………….……………….……………………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 164</p> <p>8.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Two-Arc Mode………………………..…..……………………………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 166</p> <p>8.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Programmable Mode……………………….…………………..………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 168</p> <p>References………………………………………………..…………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 171</p> <p>&nbsp;</p> <p>9&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc Contraction. Modified Current of Piza-Braginskii…………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 172</p> <p>9.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Initial Hydrogen Pressure of 5 MPa…………………………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 172</p> <p>9.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Discharge in Helium……………………..……...............................................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 177</p> <p>9.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 500 kA Arc at Tungsten Electrodes……..…………………………………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 180</p> <p>9.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1.6 MA Arc at Steel Electrodes………………………………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 185</p> <p>9.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Soft X-Rays Irradiation………………………………….…….………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 188</p> <p>9.6&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Heating of Hydrogen by X-Ray Irradiation….....……………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 189</p> <p>9.7&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc Glow Change at Contraction…….…………...…….……........................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 191</p> <p>References………………………………………………………….……….………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 191</p> <p>&nbsp;</p> <p>10&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Ultrahigh Pressure….………………...………………….………………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 194</p> 10.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc in Pre-Compressed Gas………………...………………...........................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 194<p></p> <p>10.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Current of 220 kA………...………….……………...………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 201</p> <p>10.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Current of 500 kA.…..………………..…………….…………….…..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 207</p> <p>10.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Arc at Current of 2 МА.……………………………………...………………&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 212</p> <p>10.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Critical Pisa-Braginskii Current………..……….……………..…………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 213</p> <p>References………………………………………………………….………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 220</p> <p>&nbsp;</p> <p>11&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Energy Features of Plasma Generator………………………..………….………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 223</p> <p>11.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Energy Transfer Coefficients…………………………..…......……………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 223</p> <p>11.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Simulation of Plasma Generators Processes.………………….……………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 228</p> <p>References………………………………………………………….………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 230</p> <p>&nbsp;</p> <p>12&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Applications of Pulsed Plasma Generators………………………………………..&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 231</p> <p>12.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Application of Plasma Generators in Scientific Researches………………….&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 231</p> <p>12.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Application of Plasma Generators for Toxic Substances Destruction…….…&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 233</p> <p>References………………………………………………………….………………...&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 235</p> <p>Index……………………………………………………...…………….…..........................&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 236&nbsp;</p>

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