Цели и задачи проекта

Изучение процессов инициирования, горения и гашения протяженных электрических дуг в разных газовых средах и их взаимодействия с внешним магнитным полем, изоляционными стенками и электродами сложного состава и формы, и анализ возможностей практического применения получаемых результатов и развития расчётно-теоретических моделей. Проведение расчётно-теоретических и экспериментальных исследований устойчивости протекания электрического тока и газо-плазменных струй в сложных средах (пористых и композитных электродах и изоляторах, пылевой плазме и др. ). Изучение взаимодействия электромагнитных полей со средами сложной структуры, в частности, для наработки данных решения обратных задач электродинамики при проведении электромагнитного зондирования земной коры.
Развитие системы инициирования протяжённых дуг и проведение экспериментальных и теоретических исследований по инициированию и анализу устойчивости их движения в каналах переменного поперечного сечения  со сплошными металлическими и пористыми графитовыми электродами и изучение возможности стабилизации движения дуг при наложении внешнего магнитного поля.
Теоретическое исследование и изготовление опытных квазистационарных магнитных систем (и сопутствующих зондов для диагностики пространственных компонент вектора индукции переменного магнитного поля) для стабилизации дуговых разрядов и импульсных магнитов для обработки магнитных материалов в различных приложениях, например, при изучении инновационных медицинских технологий обработки токсичных опухолей и упрочнения материалов магнитной «закалкой».
Изготовление пилотных образцов мобильных компактных установок – плазменных инжекторов (в том числе и с наложением внешнего магнитного поля) для формирования дозвуковых струй плазмы. Получение данных о движении плазменных струй в плотных газовых средах и их взаимодействию с внешним магнитным полем и твердотельными преградами.

Процесс исследования

Электрический газовый разряд даёт возможность исследовать в комплексе различные физико-механические процессы, происходящие в разных сложных средах. Для реализации разряда, кроме внешней электрической цепи с источником питания, необходимо наличие пары электродов и электропроводной межэлектродной среды (газо-плазменной, пылевой или жидкой электропроводящей). Ситуация сильно осложняется при использовании пористых графитовых электродов. Эксперименты [1] показывают, что с поверхностей таких электродов из материала 3ОПГ возможно образование паро-пылевых выбросов, плюмов. Причём не ясно, как они образуются – то ли внутри пор электродов при течениях внутри них сплошной среды с последующим нагревом и выбросом, то ли от воздействия излучения из области дугового канала. Построение и исследование физических моделей протекания тока в таких средах могло бы упростить задачу исследования вопросов плюмообразования, которые могут быть одной из причин дестабилизации дуг.

При отсутствии плюмообразования исследуются режимы протекания тока в газовых средах атмосферного давления: аргоне, азоте, углекислом газе. Нарабатываются способы стабилизации инициирования и повышения устойчивости горения разряда в зазорах до 50 см путем оптимизации режимов инициирования разряда, согласования размеров и формы электродных пар, наложением внешнего магнитного поля [2-6]. Проводится изучение спектральных характеристик межэлектродной плазмы при инициировании дуги разведением электродов с дозвуковыми скоростями. Спектральные характеристики разрядной плазмы существенно зависят от силы тока, межэлектродной среды, материалов электродов и стенок изоляторов. В проведенных нами исследованиях спектральных параметров плазмы разных газов (не только воздух, но и аргон, азот, углекислый газ) удаётся определять и плотности электронов по уширению Штарка линии H (485 нм).

При наложении внешнего магнитного поля экспериментально и теоретически изучаются и квазистабильные пространственно неоднородные токовые структуры [7-9]. Изучается также способ стабилизации протекания тока в газовой среде путём оптимизации состава разрядной среды [10]. 

Результаты проекта

На установке П-2000 НИИ механики МГУ модернизирован электроразрядный стенд - развита система инициирования протяжённых сильноточных квазистационарных дуг способом раздвижки первоначально замкнутых электродов с разными скоростными режимами. Проведены исследования по согласованию материалов, размеров и формы электродных узлов стенда, оптимизации режимов инициирования и подавления основных макроскопических неустойчивостей плазмы дугового разряда. Созданы магнитные системы для наложения стабилизирующих магнитных полей на разрядную плазму. В результате удалось обеспечить режимы стабильного горения протяженных (до 30 см) вертикальных электрических дуг с силой тока до 700 А даже без применения специальных магнитных систем и достичь высоких (до 0,5 МВт) энерговкладов в разряд. В специально изготовленной модульной разрядной камере с прозрачными боковыми цилиндрическими стенками из кварцевого электровакуумного стекла начато исследование устойчивости протяженных сильноточных электрических дуг в различных газах атмосферного давления. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование перегревно-конвективной неустойчивости электропроводной среды между плоскими электродами в наклонном плоском слое в поле силы тяжести, показавшее возможность образования многоканальных разрядов в воздушной среде атмосферного давления. Результаты могут быть востребованы в разработках систем инициирования и гашения протяженных электрических дуг, для моделирования испытаний защитных покрытий летательных аппаратов, для технологий плазменного напыления порошков графита и в плазмохимических технологиях, в частности, в переработке парниковых газов.