Влияние электронных комплексов на ток коронного разряда в криогенном гелии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Сверхкритический газообразный гелий при температуре 7 и 11 К возбуждался коронным разрядом при отрицательных высоких напряжениях. Разряд поддерживался электронами, созданными у катода и движущимися к аноду через плотный газ. Проведены измерения тока коронного разряда при фиксированной температуре газа с изменением его давления. При низкой плотности газа ток разряда был бо́льшим. В этом режиме электроны свободны и обладают высокой подвижностью. По мере увеличения давления ток коронного разряда резко уменьшался. При высокой плотности газа измерен слабый ток 100 нА в результате низкой подвижности электронов из-за их локализации. Такое резкое уменьшение тока разряда наблюдалось при температурах 7 и 10 К и давлениях 0.2–0.4 МПа. Были измерены и проанализированы вольт-амперные характеристики разряда. Показано, что в этих условиях подвижность электронов уменьшается на три порядка. Переход от разряда со свободными электронами в состояние с локализованными электронами происходит в сверхкритическом газе в узком диапазоне давлений и объясняется квантово-механической природой электронов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. Bonifaci

Laboratoire G2Elab CNRS & Joseph Fourier University

Email: atrazhev@yandex.ru
France, Grenoble

Z.-L. Li

Laboratoire G2Elab CNRS & Joseph Fourier University

Email: atrazhev@yandex.ru
France, Grenoble

A. Denat

Laboratoire G2Elab CNRS & Joseph Fourier University

Email: atrazhev@yandex.ru
France, Grenoble

В. М. Атражев

Институт высоких температур РАН

Author for correspondence.
Email: atrazhev@yandex.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Храпак А.Г., Якубов И.Т. Электроны в плотных газах и плазме. М.: Наука, 1981. 282 с.
  2. Атражев В.М., Якубов И.Т. Электроны в плотных газах и жидкостях // ТВТ. 1980. Т. 18. № 6. С. 1292.
  3. Levine J., Sanders T.M. Anomalous Electron Mobility and Complex Negative Ion Formation in Low-temperature Helium Vapor // Phys. Rev. Lett. 1962. V. 8. № 4. P. 159.
  4. Levine J., Sanders T.M. Mobility of Electrons in Low-temperature Helium Gas // Phys. Rev. 1967. V. 154. № 1. P. 138.
  5. Harrison H.R., Sander L.M., Springett B.E. Electron Mobility and Localization in Dense 4He Gas // J. Phys. B. 1973. V. 6. № 4. P. 908.
  6. Sigmond R.S. The Unipolar Corona Space Charge Flow Problem // J. Electrostatics. 1986. V. 18. P. 249.
  7. Goldman M., Goldman A., Sigmond R.S. The Corona Discharge, Its Properties and Specific Uses // Pure and Applied Chemistry. 1985. V. 57. № 9. P. 1353.
  8. Coelho R., Debeau J. Properties of the Tip-plane Configuration // J. Phys. D. 1971. V. 4. P. 1266.
  9. Sigmond R.S. Simple Approximate Treatment of Unipolar Space Charge Dominated Coronas: The Warburg Law and the Saturation Current // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. P. 891.
  10. Bonifaci N., Denat A. Negative Corona Discharge in Supercritical Helium // Conf. Records of the 12th Int. Conf. on Conduction and Breakdown in Diel. Liquids. Rome, July 15–19, 1996. P. 37.
  11. Li Z., Bonifaci N., Denat A., Atrazhev V.M. Negative Corona Discharge in Liquid Helium // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2006. V. 13. № 3. P. 624.
  12. Li Z., Bonifaci N., Denat A., Atrazhev V.M., Atrazhev V.V. Ionization and Charge Transport Phenomena in Liquid Helium Induced by Corona Discharge // J. Electrostatics. 2008. V. 66. № 5–6. P. 263.
  13. Borghesani A.F. Accurate Electron Drift Mobility Measurements in Moderately Dense Helium Gas at Several Temperatures // Atoms. 2021. № 9. P. 52.
  14. NIST. http://webbook.nist.gov/chemistry/
  15. Jahnke J., Silver M., Hermandes J.P. Mobility of Excess Electrons and O–2 Formation in Dense Fluid Helium // Phys. Rev. B. 1975. V. 12. № 8. P. 3420.
  16. Fermi E. Sopra lo spostamento per pressione delle rigne elevate delle rigne elevate delle serie specttrali // Nuovo Cim. 1934. V. 11. № 2. P. 157.
  17. Hernandez J.P. Self-trapped States of an Electron in a Structurally Disorder Systems // Phys. Rev. A. 1973. V. 7. № 5. P. 1755.
  18. Храпак А.Г., Якубов И.Т. К теории пузырькового состояния электрона в плотных газах // ТВТ. 1973. Т. 11. № 5. С. 1115.
  19. Лифшиц И.М. Теория флуктуационных уровней в неупорядоченных системах // ЖЭТФ. 1968. Т. 53. № 2. С. 743.
  20. Atrazhev V.M. Delocalization of Electrons in Dense Helium Gas by External Electric Field // J. Phys. D: Appl. Phys. 1984. V. 17. № 5. P. 889.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Electron mobility in helium depending on the gas density at the saturation line [4] (1) and at temperatures [5]: 2 – 4.2 K, 3 – 7.3, 4 – 11.6.

Download (67KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Current dependence on voltage as I1/2(V) of corona discharge in liquid helium at 4.2 K, cathode tip radius of 2.5 μm and pressures: 1 – 1 MPa, 2 – 2, 3 – 4, 4 – 8, 5 – 10.

Download (74KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Linear dependence I1/2(V), obtained in experiments for the corona in supercritical helium at a pressure of p = 0.4 MPa and different temperatures: 1 – 10 K, 2 – 7, 3 – 6, 4 – 4.2.

Download (71KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Electron mobility µe(T) at p = 0.4 MPa, calculated from the volt-ampere characteristic of the corona (Fig. 3), depending on the temperature of supercritical helium.

Download (44KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Electron mobility in helium depending on pressure at supercritical temperatures: 1 – 7 K, 2 – 10.

Download (60KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Supercritical isotherms of helium 7 (1) and 10 K (2) [14], the transition between discharge modes with high and low electron mobility occurs at 0.2 and 0.36 MPa, respectively.

Download (56KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Similarity law for the transition from a state with high electron mobility to a state with low mobility according to the model [20]: 1 – 7 K; 2 – 10, this work; 3 – 7.3 K; 4 – 11.6 [3]; 5 – saturated vapor [2].

Download (88KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences