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Submitted on 1 Jan 1968
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SUR QUELQUES ASPECTS DE LA FORMATION DE STRIES PENDANT L’AMORÇAGE DE DÉCHARGES
A BASSE PRESSION
Mme Goldman, M. Goldman
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Mme Goldman, M. Goldman. SUR QUELQUES ASPECTS DE LA FORMATION DE STRIES PENDANT L’AMORÇAGE DE DÉCHARGES A BASSE PRESSION. Journal de Physique Collo- ques, 1968, 29 (C3), pp.C3-106-C3-108. �10.1051/jphyscol:1968327�. �jpa-00213565�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C 3, supplément au no 4 , Tome 29, Avril 1968, page C 3 - 106
SUR QUELQUES ASPECTS DE LA FORMATION DE STRIES PENDANT L'AMORÇAGE DE DÉCHARGES A BASSE PRESSION
par M m e A. GOLDMAN, M. GOLDMAN, C . N. R. S., 94-Ivry-sur-Seine
Résumé. - La formation et l'évolution de stries apparaissant au cours de i'initiation d'une décharge dans l'air à basse pression ont été étudiées essentiellement avec des systèmes d'électrodes à champ non uniforme. Seule, la pression semble avoir une influence notable sur la distance inter- stries ; dans le domaine de pression où les stries peuvent être observées, le produitp6 (pression x dis- tance interstries) a une valeur voisine de celle du produit pd (pression x distance interélectrodes) correspondant au minimum de la courbe de Paschen.
Abstract. - The formation and the development of striations during discharge initiation in air at low pressures are studied mainly in cases of static non-uniform fields. The pressure only seems to act on the mean distance 6 between consecutive striations ; in fact, it is experimentally established that p6 = (pd)rnin, ( p d ) m i n corresponding to the mininiuni of Paschen curve.
1 . Introduction. - Les études expérimentales pu- lorsqu'on fait croître le courant moyen. L'intensité bliées depuis plus d'un siècle sur les stries [ l ] ont lumineuse des stries brillantes varie périodiquement trait à des décharges à basse pression, généralernent d u maximum A zéro quelques milliers de fois par produites dans de longs tubes alimentés sous tension
continue.
De notre côté, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la formation de stries durant l'initiation de décharges à basse pression et nous avons opéré dans de l'air sec à des pressions comprises entre 0,5 et 10 mm Hg, avec des distances interélec- trodes de l'ordre du centimètre et une enceinte en verre de grand diamètre (30 cm) de façon à affranchir la décharge de l'influence des parois.
Frc. 2. - Décharges en tension continue, pointe positive.
2. Résultats expérimentaux. - 2.1 DÉCHARGES
STRIÉES SOUS TENSION CONTINUE. - Les premiers essais seconde, le courant de décharge s'annulant ~ r a t i ~ u e - ont été effectués sous tension continue avec un sys- ment entre les impulsions de lumière. Mais alors que tème d'électrodes constitué par une pointe et u n plan. la fréquence de répétition du phénomène croit avec Sur les figures 1 et 2, on peut voir les aspects caractéris- le COU*""t moyen, ''amplitude des impulsions de tiques successifs que présente la décharge à 3 m m H~ courant diminue progressivement. Ces caractéris- tiques sont semblables en pointe positive et en pointe
O C
mation des stries ne pourrait-elle être due à l'influence Frc. 1. -Décharges en tension continue, pointe négative. sur une décharge individuelle des ions résiduels de la
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1968327
SUR QUELQUES ASPECTS DE LA FORMATION DE STRIES C 3 - 107 décharge précédente ? Pour élucider ce point, nous il a été enregistré en balayage avec une fente parallèle avons poursuivi les essais sous tension impulsionnelle à l'axe du système d'électrodes.
avec la pointe polarisée négativement dans tous les D'après l'ensemble des clichés enregistrés à la essais effectués jusqu'à présent.
2 . 2 DECHAUGES STRIÉES SOUS TENSION IMPULSION- NELLE. - SOUS tension impulsionnelle, on obtient encore des striations (cliché photographique de la Fig. 3), et lorsqu'elles sont striées, les colonnes ont toujours le même aspect que sous tension continue à
FIG. 4. - Images cinématographiques intégrales.
caméra électronique, il semble que l'on puisse tinguer trois phases dans l'évolution des phénom lumineux :
dis- ènes
FIG. 3. - Décharge 3 mm Hg en pointe négative - première phase : au début de la décharge, la
(impulsion de 600 V-15 ps).
faible débit (Fig. la) : les stries sont à peu près équi- distantes et présentent quelquefois, en tête de colonne, une courbure concave par rapport à la pointe catho- dique. Elles s'estompent souvent du côté de l'anode en laissant place à une région lumineuse d'aspect homogène. Les oscillogrammes de la figure 3 montrent Ics signaux de tension et de courant correspondant à la décharge présentée sur la photographie de la même figure ; la décharge n'entraîne qu'une faible chute de tension tandis que l'amplitude du signal de courant est de l'ordre de 0,25 ampère, près de 100 fois supérieure à celle des impulsions de courant de la décharge régu- lièrement striée sous tension continue, illustrée par la figure la.
a. Analyse de l'évolution temporelle des phénomènes lumineux. La très faible luminosité des phénomènes et l'extension radiale de la décharge à basse pression rendent cette analyse difficile. Cependant, nous avons pu obtenir quelques résultats par cinématographie à l'aide d'une caméra électronique STL à convertis- seur d'images, suivie d'un amplificateur de brillance.
Les figures 4 et 5 montrent les caractéristiques de I'évo- lution d'une décharge à 3 mm Hg produite par une impulsion de 850 volts. La figure 4 présente trois vues successives de la colonne lumineuse (cathode vers le haut) enregistrées avec des poses de 200 ns, pendant une même décharge ; le cliché oscillographique qui les accompagne montre le signal d'ouverture de la caméra en superposition temporelle avec le signal du courant de la décharge. Quant au cliché de la figure 5,
RG. 5. - Imagc cinématographique en balayage.
colonne n'est que faiblement lumineuse et elle reste diffuse tant que la lueur cathodique s'étend sur le corps de la pointe ;
- deuxième phase : des stries sont nettement visibles à partir d'un certain niveau de courant, souvent marqué par une diminution de sa vitesse d'accroissement ;
- troisième phase : le courant continuant à croître, l'intensité lumineuse de la colonne augmente et les stries s'estompent.
Notons que, dans des décharges produites sous tension impulsionnelle dans un mélange de vapeur de mercure et d'argon, P. Bletzinger et al. [2] ont observé, pendant les premières microsecondes de la décharge, des striations apparemment de même nature que celles que nous considérons ici.
b . Influence des paramètres de la décharge sur la colonne striée.
- Influence de la géométrie du système d'électrodes.
C 3 - 108 Mme A. GOLDMAN, M. GOLDMAN
- Tant, semble-t-il, que le champ appliqué n'est pas uniforme dans l'espace interélectrodes, on observe des striations du type considéré dans cette note ; notamment, avec une cathode en pointe ou une cathode constituée par l'extrémité d'une grosse tige coupée suivant un plan de section droite.
Le fait d'accroître la distance interélectrodes, tout au moins de 10 à 20 mm, semble avoir pour seul effet d'augmenter la hauteur de la colonne lumineuse d'une longueur égale (Fig. 6), le domaine cathodique restant inchangé ; ceci s'accorde avec ce que l'on sait de la décharge luminescente normale et stable à courant constant.
FIG. 6 . - Hauteur de la colonne lurnineusc en fonction de la tension appliquée.
- Influence de la tension appliquée. - On observe des colonnes striées dès que la tension appliquée aux bornes du système d'électrodes dépasse le seuil d'al- lumage de la décharge, ce seuil augmentant d'ailleurs avec la pression ; mais les stries ne subsistent que si la tension appliquée n'excède pas le seuil de tension de plus de 500 volts environ. Ce fait peut être imputé à différentes causes mettant essentiellement en jeu des
phénomènes relatifs au domaine cathodique : notam- ment la dispersion croissante des vitesses électro- niques avec l'augmentation de la tension appliquée et l'extension de la hauteur de la colonne lumineuse au- delà même du niveau de la pointe cathodique (Fig. 6).
- Influence de la pression. - L'influence de la pression se manifeste essentiellement sur la distance interstries. Dans le domaine de pression où l'on observe des stries (0,5 < p < 10 mm Hg), on a, en désignant par fi la distance moyenne entre les milieux de deux stries cûnsécutives :
p6 = constante.
Notons que la valeur de ce produit est voisine du produit pd (pression x distance interélectrodes) cor- respondant au minimum de la courbe de Paschen relative à I'air et qu'en première approximation, elle ne dépend ni de la tension appliquée ni des paramètres géométriques liés au système d'électrodes, dans les limites où l'influence de ceux-ci a été analysée.
3. Conclusions. - La connaissance du phéno- mène de striations étudié dans cette note est très incomplète, mais il semble que quelques points puissent être considérés comme acquis, notamment les suivants :
- le fait que le produit p6 relatif à un espace interstries est constant et sensiblement égal au pro- duit (pd),,, de la courbe de Paschen.
- la perte de netteté quc présentent les stries les unes par rapport aux autres, dans le sens cathode- anode, ce qui laisse penser que les stries considérées doivent prendre naissance du côté cathodique.
De toute façon, à la lumière des résultats et des observations présentés dans cet exposé, on peut se demander si les striations qui prennent naissance dans la phase d'initiation de la décharge dans I'air à basse pression représentent uniquement un phénomène de perturbation ou bien un phénomène actif pour la for- mation de la décharge.
Bibliographie
[ l ] FRANCIS (G.), Handbuch der Physik, vol. XXII. Sprin- ger Verlag, Berlin, 1956, p. 53-208.
[2] BLETZINGER (P.), JOHNSON (H. E.), GARSCADDEN (A.), VII'h Intern. Conf. on phenornena in ionized gases. Belgrade 1965. Vol. 1, p. 283.
