Импульсный газодинамический источник

Импульсные газоструйные источники успешно используются для решения широкого круга исследовательских и прикладных задач: эксперименты по столкновительному рассеянию пучков, изучение кинетики релаксационных процессов в свободных струях, в молекулярной спектроскопии и фотохимии, для импульсного напуска газа в высоковакуумные ядерные установки, при осаждении пленок полупроводниковых материалов для современной электроники, и т.д. Основное преимущество импульсных источников перед стационарными - их высокая экономическая эффективность. Установки с такими источниками, как правило, малогабаритны, не нуждаются в вакуумных системах большой производительности, обеспечивают экономию дорогостоящих рабочих материалов. Импульсные источники дают также возможность получения газовых потоков с параметрами (расход газа, локальная плотность и др.), труднодостижимыми в стационарных струях.

Использование импульсных источников в исследовательских целях вместо стационарных сопел возможно при условии формирования в импульсном потоке квазистационарного ядра – области, в которой параметры течения подобны параметрам газа, истекающего из непрерывного источника. Импульсные газовые клапаны, серийно выпускаемые рядом зарубежных фирм (Jordan TOF Products, Inc., Lasertechnics, Inc.) как правило, формируют импульсы малой длительности (<100 мкс) и работают в ограниченном диапазоне давлений торможения и расходов газа. Известно, что при импульсном истечении газа протяженность области стационарного течения вниз по потоку уменьшается. В результате возможна ситуация, когда, даже при выполнении условий на корректный запуск сопла, в точке измерения на конечном расстоянии от источника течение не достигает стационарных параметров, т.е. импульс приобретает форму, близкую к треугольной.

Отличительной особенностью разработанного нами импульсного электромагнитного клапана является возможность варьирования длительности газового потока в широких пределах, от сотен микросекунд до 1 – 2 мс на выходе из источника. Это обеспечивает формирование квазистационарного ядра сверхзвуковой струи достаточной протяженности на расстояниях до 200 калибров от источника даже при относительно высоких уровнях фонового давления в камере расширения (~0,01 торр). Высокое давление фона, а также большая (свыше 100) скважность работы клапана позволяют использовать для откачки камеры расширениябустерные насосы небольшой производительности. Большой мгновенный расход газа формирует сверхзвуковые потоки с развитыми кинетическими и релаксационными процессами. Конструкция клапана и малые размеры позволяют устанавливать его внутри вакуумных камер малого объема.

Основные характеристики клапана:

- длительность газового импульса 0,15 - 3 мс,

- давление торможения - до 30 атм,

- мгновенный расход газа – до 10 г/сек,

- частота импульсов - до 10 Гц.