[論文レビュー] Experiments on propagating and branching positive streamers in air

Tmp Tanja Briels, van Em Eddie Veldhuizen+1 more|ArXiv.org|Aug 18, 2008

Power Line Communications and Noise参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、新規に開発された真空封止型実験装置を用いて、空気中における正のストリーマの伝播および分岐行動を調査した。主な発見として、ギャップ長が短いほど、固定距離でのストリーマの生存率が高くなることが示された。一方、電圧を低くすると分岐が抑制され、低電圧条件下ではアノード先端からのある臨界距離を超えると分岐は観察されなかった。

ABSTRACT

This proceedings paper from 2004 contains figures of discharges in different gap lengths at the same potential that are not available elsewhere. The 2004 abstract: The evolution of streamers is known to depend on gas composition and electrode geometry, on polarity and size of the voltage and also on the electric circuit that produces the high voltage pulse. To characterize the phenomena better and to compare with theory, a new larger experimental setup with vacuum enclosure has been built. We here present first results in this setup on positive streamers in air at fixed voltage and varying electrode distance. While next to the emitting anode tip, a similar number of streamers seems to emerge due to multiple branching, more streamers seem to survive over a fixed distance, when the gap is shorter. When lowering the voltage, streamers branch less at all distances from the anode tip or do not branch at all beyond a certain distance.

研究の動機と目的

• 電極間隔および印加電圧が空気中における正のストリーマダイナミクスに与える影響を特徴づけること。
• 一定電圧下でのギャップ長の変化がストリーマの分岐および生存に与える影響を調査すること。
• 実験的観察をストリーマ進化の理論的モデルと比較すること。
• 真空シールドを用いた制御された実験環境を構築し、外部からの干渉を最小限に抑えること。
• 数値シミュレーションの検証に役立つ高時間分解能のストリーマ進化データを提供すること。

提案手法

• ストリーマ放電を分離・制御できるよう、真空シールドを備えた新規の大規模実験装置を構築した。
• 異なる電極間隔に対して固定電位の高電圧パルスを印加し、ストリーマ伝播を研究した。
• ストリーマの進化を高速撮影により記録し、分岐および伝播ダイナミクスを捉えた。
• アノードからの距離ごとに、電圧低減が分岐頻度に与える影響を体系的に分析した。
• 同じ電圧下で複数のギャップ長についてデータを収集し、ストリーマ密度および生存率を比較した。
• 実験設定により、空気中におけるストリーマ行動の理論的予測と直接比較できるようになった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電極ギャップ長が、固定距離を通過するストリーマの数にどのように影響するか？
• RQ2 印加電圧がストリーマ分岐頻度を制御する役割を果たすメカニズムは何か？
• RQ3 アノード先端からのある距離を超えて、どの電圧レベルで分岐が完全に停止するか？
• RQ4 一定電圧下でギャップ長が増加するに従い、ストリーマ伝播はどのように変化するか？
• RQ5 実験的観察は、正のストリーマ発達の理論的モデルとどの程度整合するか？

主な発見

• ギャップ長が短いほど、固定距離を通過するストリーマの生存数が長距離ギャップよりも高くなる。
• 一定電圧下では、アノード先端付近で複数の分岐が発生するが、ギャップ長が短くなるほどストリーマの生存率が向上する。
• 電圧を低くすると分岐数が減少し、アノード先端からのある距離を超えると分岐は観察されない。
• 電圧を低くした場合、アノード先端からの臨界距離を超えては分岐が観察されず、分岐抑制の閾値が存在することが示された。
• 本研究の実験装置は、文献に先行してないストリーマダイナミクス、特に一定電圧下でのギャップ長の変化に伴う挙動を捉えることに成功した。
• 得られた結果は、空気中におけるストリーマ伝播および分岐の数値モデルの検証に不可欠なデータを提供している。