Экспериментально исследована структура свечения микроплазменного разряда, инициируемого в вакууме импульсным потоком внешней плазмы на поверхности титанового образца, покрытого естественной сплошной оксидной пленкой толщиной 2–6 нм. При воздействии плазмы с плотностью около 1013 см–3 и электронной температурой 10 эВ на поверхность образца, с отрицательным потенциалом 400 В относительно потенциала плазмы, внешняя поверхность оксидной пленки приобретает положительный электрический заряд в результате потока ионов из плазмы. При этом внутри диэлектрической пленки возникает сильное электрическое поле около 4 МВ/см. Электрический пробой между заряженной поверхностью пленки и металлом инициирует возбуждение микроплазменного разряда на поверхности титана. Интегральное свечение микроплазменного разряда в макромасштабе представляет собой разветвленную структуру типа дендрита, которая в микромасштабе состоит из большого количества ярко светящихся «точечных» образований – локализованных на поверхности металла катодных пятен и свечения ореола вокруг них. С помощью высокоскоростного фоторегистратора IMACON-468 исследован фрагмент поверхности титана площадью 0,50,4 мм2 в области свечения катодных пятен. На основе анализа оптического свечения катодных пятен на 7 последовательных кадрах фоторегистратора с экспозицией каждого кадра 100 нс и интервалом между кадрами 400 нс рассчитано ожидаемое «время жизни» катодных пятен в интервале значений 0,50,2 мкс. По пространственному распределению свечения микроразрядов определено, что средний диаметр катодных пятен составляет величину около 164 мкм, при этом средний размер светящегося ореола вокруг отдельного катодного пятна достигает значения 100 мкм.
The structure of the glow of a microplasma discharge initiated in vacuum by a pulsed flow of external plasma on the surface of a titanium sample coated with a natural 2–6-nm-thick oxide film has been experimentally investigated. When a plasma with a density of about 1013 cm–3 and an electron temperature of 10 eV interacts with a sample under a negative po-tential of –400 V relative to the plasma potential, the outer surface of the oxide film acquires a positive electric charge as a result of the flow from the plasma. In this case, a strong electric field of about 4 MV/cm arises inside the dielectric film. An electrical breakdown between the charged surface of the film and the metal initiates the excitation of a microplasma discharge on the surface of titanium. The integral glow of a microplasma discharge at the macroscale is a branched structure of the dendrite type, which at the microscale consists of a large number of brightly glowing “point” formations – cathode cells localized on the metal surface. Using the IMACON-468 high-speed photo recorder, a fragment of the titanium surface with an ar-ea of 0.50.4 mm2 in the area of the cathode spots glow was studied. Based on the analysis of the optical glow of cathode spots on 7 consecutive frames of the high-speed photo recorder with an exposure of each frame of 100 ns and an interval between frames of 400 ns, the expected “lifetime” of cathode spots in the range of values of 0.50.2 microseconds is calculat-ed. According to the spatial distribution of the glow of micro-discharges, it was determined that the average diameter of the cathode spots is about 164 microns, while the average size of the luminous halo around a single cathode spot reaches a value of 100 microns.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2022-10-5-425-439
- eLIBRARY ID
- 49616636
