Исследование вольт-амперных характеристик плазмотрона с жидким электролитическим катодом

Abstract

В данной работе представлено исследование вольт-амперных характеристик (ВАХ) плазмотрона с жидким электролитическим катодом. Для исследования выбрано три типа электролитов: хлорид натрия (NaCl), карбонат натрия (Na₂CO₃) и его модификацию с добавкой кальция (Na₂CO₃ + Ca). Основное внимание уделено анализу физических процессов, формирующих нелинейные ВАХ, включая электролитическую диссоциацию, электрический пробой, термоэлектронную эмиссию и динамику плазменного канала. Разработана математическая модель, интегрирующая ионную проводимость, электронную эмиссию, диффузию и рекомбинацию, которая продемонстрировала высокую точность в описании экспериментальных данных. Результаты показали, что добавка кальция повышает проводимость на 13 % по сравнению с чистым Na₂CO₃ и на 34 % относительно NaCl, а также снижает энергопотери на 17 %. Наилучшие характеристики в высоковольтных режимах показал электролит Na₂CO₃ + Ca, тогда как NaCl остаётся экономически выгодным решением для менее требовательных задач. Для оценки эффективности электролитов введён коэффициент Λ, учитывающий проводимость, энергопотери и стабильность системы. Наибольшее значение Λ = 8.7 у Na₂CO₃ + Ca подтверждает его преимущества для интенсивных режимов работы. Полученные результаты имеют практическое значение для оптимизации параметров плазмотронов и выбора электролитов в зависимости от технологических требований.