Stratification of the positive column of a dc discharge in nitrogen

Abstract

This paper studies the stratification conditions of the positive column of the dc glow discharge in nitrogen in tubes of various radii. In each discharge tube the striations are observed in closed regions with respect to current and applied voltage values within the limited range of gas pressure values. We revealed that the first striation (counted from the cathode end of the positive column) was clearer expressed and it possessed the maximum thickness. Striation length is weakly dependent on discharge current but it decreases with gas pressure growing. Again the striations with a large order number (counted from the cathode edge of the positive column) possess lesser thickness. We find out that positive column stratification obeys similarity laws well. The extinction curves and striation existence regions registered in different discharge tubes and plotted against the product of gas pressure and inter-electrode distance pL coincide. Reduced striation thickness d/R (striation thickness d divided by tube radius R) in different tubes also is in good agreement with each other when plotted against pR. We observe that the reduced striation thickness obeys the Goldstein-Wehner law d/R = C/(pR)m, the constants for nitrogen being C = 1.05 and m = 0.32. У цій роботі були досліджені умови стратифікації позитивного стовпа тліючого розряду постійного струму в азоті в трубках різних радіусів. Показано, що в кожній розрядній трубці страти спостерігаються в замкнутих областях по струму і прикладеній напрузі в обмеженому діапазоні тисків газу. Отримано, що перша (з катодного кінця позитивного стовпа) страта яскравіше виражена і має найбільшу довжину. Товщина страт слабо залежить від розрядного струму, але зменшується з ростом тиску газу. Також страти з великим порядковим номером (від катодного краю позитивного стовпа) мають меншу товщину. Показано, що стратифікація позитивного стовпа добре підкоряється законам подібності. Спостерігається збіг кривих згасання і областей існування страт, виміряних в різних розрядних трубках і побудованих в залежності від добутку тиску газу і відстані між електродами pL. Зведені товщини страт d/R (відношення товщини страт d до радіуса трубки R) в різних трубках також добре узгоджуються між собою при побудові їх в залежності від pR. Показано, що зведені товщини страт підкоряються закону Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m, при цьому для азоту константи C = 1.05 і m = 0.32. В данной работе были исследованы условия стратификации положительного столба тлеющего разряда постоянного тока в азоте в трубках различных радиусов. Показано, что в каждой разрядной трубке страты наблюдаются в замкнутых областях по току и приложенному напряжению в ограниченном диапазоне давлений газа. Получено, что первая (с катодного конца положительного столба) страта ярче выражена и имеет наибольшую длину. Толщина страт слабо зависит от разрядного тока, но уменьшается с ростом давления газа. Также страты с большим порядковым номером (от катодного края положительного столба) имеют меньшую толщину. Показано, что стратификация положительного столба хорошо подчиняется законам подобия. Наблюдается совпадение кривых погасания и областей существования страт, измеренных в различных разрядных трубках и построенных в зависимости от произведения давления газа и расстояния между электродами pL. Приведенные толщины страт d/R (отношение толщины страт d к радиусу трубки R) в различных трубках также хорошо согласуются друг с другом при построении их в зависимости от pR. Показано, что приведенные толщины страт подчиняются закону Гольдштейна-Венера d/R = C/(pR)m, при этом для азота константы C = 1.05 и m = 0.32.