деляет плазму вспомогательного разряда от пространства катодной полости. Несмотря на это, в цепи катодов 5,6 (рис. 1) фиксируется слабый ток ионов. С ростом разрядного тока до 200 мА ионный ток достигает 0.15 мА и плазма вспомогательного разряда радиально проникает в объемную полость. Поскольку плазма является источником ионов и ультрафиолетового излучения, поток распространяется на большие поверхности обоих катодов, вызывая у-процессы. При этом в плотность тока электронов дают вклад электроны, выбитые положительными ионами и фотонами [1, 7].
В результате катодных и ионизационных процессов плотность плазмы увеличивается, резко возрастает ток разряда и одновременно снижается напряжение горения разряда (переход из точки В в точку С на рис. 3). Зажигается основной разряд с явно выраженным эффектом полого катода.
Использование кольцевой плазмы вспомогательного разряда оказалось более эффективным, поскольку были исключены проблемы формирования объемной плазмы с однородным радиальным распределением плотности заряженных частиц [8] и влияния краевых эффектов [9].
Характеристики "коллективного" горения (кривая 2 на рис. 3) и самостоятельного объемного тлеющего разряда (кривая 5) в исследуемом диапазоне токов и давлений свидетельствуют об устойчивости разряда в областях значений напряжения горения и давления остаточного газа более низких, чем в "обычном" тлеющем разряде.
Механизм увеличения эффективности полых катодов различной геометрической конфигурации, проявляющийся в существенном увеличении плотности разрядного тока, качественно одинаков, поскольку обусловлен уменьшением потерь частиц и фотонов, дающих свой вклад в повышение степени ионизации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. 175 с.
2. Груздев В.А. Исследование плазменного источника электронов на основе модифицированного пеннин-говского разряда. Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 279. Томск: Политехнический институт, 1971. 13 с.
3. Васильева ГГ. Эффект полого катода в газоразрядных системах со скрещенными электрическими и магнитными полями. Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.12.10. Томск: Политехнический институт, 1974. 16 с.
4. Крейндель Ю.Е. Плазменные электронные источники на основе отражательного разряда с полым катодом. В кн.: Разработка и применение источников интенсивных электронных пучков / Под ред. Месяца Г.А. Новосибирск: Наука, 1976. С. 113.
5. Нархинов В.П. Регистрация и измерение тока ленточных пучков электронов на фиксированном участке сходящейся эмиттер ной системы // ЖТФ. 2002. Т. 72. Вып. 4. С. 136.
6. Нархинов В.П., Семенов А.П. Способ измерения распределения тока радиально сходящихся ленточных пучков электронов и устройство для его осуществления. Патент № 2202116 РФ // Б.И. 2003. № 10.
7. Грановский ВЛ. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 544 с.
8. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиз-дат, 1989. 256 с.
9. Бойко В В., Кузьмичев А.И., Суханов В Н. Плазменный источник на объемном разряде с магне-тронными ячейками. В кн: Плазменная эмиссионная электроника. Тез. докл. I Всесоюзн. совещ. по плазменной эмиссионной электронике. Улан-Удэ, 1991. С. 106.
УДК 532.14:546.81586
ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОГО СПЛАВА Pb-Bi ЭВТЕКТИЧЕСКОГО СОСТАВА
ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ДО 700 К
© 2004 г. С. В. Станкус*, Р. Ä. Хайрулин*, Ä. Г. Мозговой**, В. В. Рощупкин***, М. Ä. Покрасин***
*Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, г. Новосибирск **Объединенный институт высоких температур РАН, Москва ***Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Москва
Поступило в редакцию 23.04.2004 г.
Ранее в [1] было проведено исследование плотности расплавленной свинец-висмутовой эвтектики в интервале от температуры плавления 398.1 К [2] до 726 К. Эти измерения выполнялись пикнометрическим методом на опытной установ-
ке, детально описанной в [3]. Поскольку измерительная ячейка в [1] изготовлялась из молибденового стекла, то максимальная температура этих экспериментов не могла превышать 750 К. Для исследования термических свойств жидкого спла-
ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОГО СПЛАВА 983
Плотность расплавленной свинец-висмутовой эвтектики
Т, К р, кг/м3 Т, К р, кг/м3 Т, К р, кг/м3
404.2 10531.6 433.1 10475.3 555.8 10316.4
406.4 10518.0 434.5 10460.4 561.9 10294.0
410.1 10512.2 434.7 10468.1 567.9 10284.1
413.2 10511.1 436.1 10473.0 574.0 10298.1
415.7 10508.4 438.3 10475.5 580.0 10268.6
418.0 10489.7 441.1 10471.1 585.9 10282.6
420.1 10498.1 444.5 10460.1 591.8 10270.2
422.0 10488.1 448.3 10460.2 597.7 10268.9
423.7 10489.6 452.5 10444.9 603.6 10245.8
425.2 10483.3 457.1 10442.6 609.5 10246.1
426.4 10482.1 462.1 10436.7 515.3 10223.1
427.5 10478.5 467.2 10431.0 621.0 10221.0
428.3 10484.5 472.5 10415.4 626.7 10217.3
429.1 10483.5 476.0 10404.4 632.3 10198.0
429.8 10479.6 483.6 10406.4 637.9 10197.7
430.3 10476.5 489.4 10393.7 643.5 10192.1
430.8 10492.7 495.2 10386.9 649.1 10187.0
431.2 10477.0 501.2 10366.9 654.5 10186.3
431.6 10477.8 507.2 10368.4 660.0 10170.5
431.9 10485.1 513.2 10358.0 665.4 10186.4
432.1 10476.9 519.2 10353.7 670.2 10155.1
432.4 10480.6 525.3 10341.1 673.6 10165.2
432.6 10485.8 531.4 10348.1 676.1 10157.7
432.7 10485.9 537.6 10338.1 678.0 10145.9
432.8 10473.0 543.6 10324.8 - -
433.0 10464.8 549.7 10316.6 - -
ва РЪ-Ы эвтектического состава при более высоких температурах необходимо использовать в качестве конструкционного материала рабочих ампул нержавеющие хромоникелевые стали.
В настоящее время для измерения плотности металлических расплавов в широком диапазоне температур наибольшее применение получил метод у-излучения. Он был детально разработан и описан в работах Станкуса и Хайрулина, в частности в [4, 5], а в [6] подробно оценена погрешность опытных данных о плотности жидких металлов, полученных с помощью этого метода.
Поэтому для исследования плотности расплавленной свинец-висмутовой эвтектики при высоких температурах был использован метод проникающего у-излучения в интерпретации Станкуса [7]. При этом рабочая ампула изготовлялась из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, а температура расплава в ней измерялась платина-платиноро-диевой термопарой типа ПП-1, отградуированной методом сравнения с образцовой Р-Р! + 10% ЯИ термопарой. В качестве источника излучения применялся изотоп 137С$ активностью ~2.5 х 1011 Бк.
Исследуемый сплав РЪ-Ы эвтектического состава поставлялся ГНЦ РФ "Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского". Он приго-
товлялся весовым способом из свинца и висмута высокой чистоты. Его химический анализ, проведенный комплексонометрическим способом, показал, что содержание основных компонентов было следующим: РЪ - 44.5 мас. % и Ы - 55.5 мас. %. Погрешность этого анализа не превышала ±0.2 мас. %. Содержание металлических примесей в исследованном сплаве определялось масс-спектрометри-ческим методом до и после эксперимента. Оно практически не менялось в процессе проведения измерений и составляло не более 1 х 10-3 мас. %. Более подробно это описывается в [1].
Содержание газовых примесей в свинце и висмуте высокой чистоты, из которых приготовлялась свинец-висмутовая эвтектика, государственными стандартами не регламентируется. Однако по утверждению завода-изготовителя этих легкоплавких металлов общее содержание газовых примесей в каждом из них не превышало 1 х 10-3 мас. %.
Расчеты показали, что поправка к плотности при наличии в исследованном расплаве вышеуказанных количеств металлических и газовых примесей на один-два порядка меньше, чем погрешность основных измерений.
Исследование плотности сплава РЪ-Ы эвтектического состава в жидком состоянии было вы-
(Рэксп - Pур)/Pур, % 0.2
-0.2
-- о
400
500
600
700 т, К
Рис. 1. Отклонение опытных данных настоящей работы по плотности жидкой свинец-висмутовой эвтектики от аппроксимирующих уравнений (1) и (2).
(Равт - Рур)^ %
0.2
0 400
'4 -1
500
600
700 т, К
Рис. 2. Отклонение экспериментальных данных других авторов по плотности расплавленной системы РЪ-Ы эвтектического и околоэвтектических составов от аппроксимирующих уравнений (1) и (2): 1 -данные [11], 2 - [12, 13], 3 - [14], 4 - [1].
(Рспр - РурУРу^ % 1
400
500
600
700 т, К
В принципе метод у-излучения позволяет измерить температурный коэффициент плотности исследованного вещества. Для расчета абсолютных значений плотности вещества необходимо иметь опорную точку, т.е. плотность этого вещества при какой-либо определенной температуре. В нашей работе плотность в опорной точке определялась при комнатной температуре 20.0°С в отдельном опыте методом гидростатического взвешивания образца эвтектического сплава РЪ-Ы в воздухе и эталонной жидкости. В качестве последней использовалась дистиллированная вода, плотность которой определяется по стандартным справочным данным [9]. Температура взвешивания поддерживалась постоянной с помощью водяного термостата с погрешностью ±0.1°С. Погрешность самого эксперимента составляла ±0.05%.
По результатам этого опыта было найдено, что плотность свинец-висмутовой эвтектики в твердой фазе при температуре 20.0°С равнялась 10656.8 кг/м3 со средним квадратическим отклонением ~0.01%.
Результаты измерений плотности жидкого сплава РЪ-Ы эвтектического состава представлены в таблице. Их доверительная погрешность, объединяющая систематическую и случайную составляющие, рассчитывалась по методике [10] и составляла около 0.4%. Температура в таблице указана по Международной температурной шкале 1990 г. (МТШ-90).
Опытные данные по плотности жидкого сплава РЪ-Ы эвтектического состава обрабатывались методом наименьших квадратов, что позволило получить следующие аппроксимирующие уравнения:
р = 11054.5-1.3366Т
(1)
или
Рис. 3. Отклонение справочных данных по плотности жидкого сплава РЬ-Ы эвтектического состава от аппроксимирующих уравнений (1) и (2): 1 - данные [15], 2 - [16, 17], 3 - [18].
полнено в температурном интервале 404-678 К. Измерения проводились при повышении температуры. При этом скорость роста темпе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.