Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Динамика сверхнысокочастотного разряда. Энергия СВЧ-волиы, поглощаемая плазмой в разряде, передаётся атомам и молекулам, изменяя состояние газовой среды и меняя параметры самой плазмы в ходе развития газоразрядного процесса. Лишь совокупность спец.
Рис. в. Измеренные пороги СВЧ-пробоя: а — воздух,
частота / = 9,4 ГГц; б — несколько газов, / — 0,99 ГГц, |П3 Л = 0,63 см; в — Heg-газ (гелий с добавкой паров ртути), Л = 0,6 см.
10
,.A=O1SJOcm а IOj H2 Jt 6 18* 0
St^vyO408 У Нс+іЖАр MO'
/0104 J \ S
" Q IO2 IO3
1,29
1 ... !. Г 10! ^1“®^rNe+1.S>Ar I і 1 2 IO2 P I—. I I I
IO-' IO-
IO
10
IOu
IO1
10 10
меньше частота поля f (рис. 6,в). То же относится и к самой величине минимума. На меньших частотах минимум располагается при более низких давленнях. На правой ветви, где порог растёт с повышением давления, зависимость порогового поля от размеров и частоті становится всё меиее заметной и в пределе больших давлений почти совсем исчезает — все кривые асимптотически сливаются.
Теория вполне удовлетворительно описывает пороговые характеристики С. р. Если СВЧ-поле включается достаточно быстро п параметры его сохраняются длит.
мер позволяет добиться стационарности плазменного образования, так необходимой в ряде приложений.
В совр. технике применяются п волноводные источники стационарной газоразрядной плазмы (СВЧ-плазмотроиы). Разряд возбуждается и поддерживается CB Ч-излучением мощностью в неск. кВт в пересекающей волновод диэлектрич. трубке с прокачиваемым через её объём газом. СВЧ-плазмотрои обладает высоким кпд — до 90%; разрядные условия близки к равновесным с темп-рой разрядной среды T ж 9000 — 10000 К.
423
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ
С. р., поджигаемые мощным импульсным СВЧ-излуче-нием в свободном пространстве илн внутри волноводов, обычно не горят в одном месте, а перемещаются навстречу излучению. В волноводах движение С. р. наблюдалось в широком интервале изменения давлений и плотностей потока СВЧ-излучеиия как в атомарных, так и в молекулярных газах и смесях. Если при E0 < Et в отдалённом от излучателя конце волновода стимулируется пробой, напр, вводом усиливающего электрич. поле острия, то навстречу излучению распространяется волна ионизации, приводящая при достаточно длит, импульсе к выходу разряда на окно СВЧ-генератора. Скорости движения зависят от мощности СВЧ-излучения, рода газа и его давления и лежат в интервале IOa ~ IO4 см/с. Наиб, скорости зарегистрированы в атомарных газах, наименьшие — в молекулярных.
Ионизационные волны характерны и для С. р. в свободном пространстве в сходящихся СВЧ-пучках. В пад-пороговых полях (E0 > Ei) разряд в виде светящегося СЛОЯ ТОЛЩИНОЙ ¦ч-'Я CO скоростью IO7-T-IO8 см/с движется от места возникновения (фокальная плоскость) навстречу излучению. Скорость фронта ионизации зависит от рода газа, давления, поля СВЧ-волны я сходимости СВЧ-пучка. В полях Efi < Et инициированный тем или иным способом разряд в виде неоднородного плазменного слоя с осевым размером «убегает» от инициатора навстречу излучению со скоростями IO2 ч- IO5 см/с, также зависящими от СВЧ-мощности, рода газа и давления.
В падпороговых полях динамика разряда определяется процессами, аналогичными оптическому пробою. Появление ионизационной волиы связано с пространственной (аксиальной) неоднородностью пучка и падением амплитуды электрич. поля по мере смещения от фокуса к излучателю. Быстрая поиизация гава в области высоких полей и замедленная в области низких приводят к появлению кажущегося движения разряда вдоль оси с тем большей скоростью, чем слабее зависимость частоты ионизации от E0 и чем меньше угол сходимости пучка. Аксиальный размер области свечения определяется величиной ослабления («скинпрования») интенсивности пучка созданной им же газоразрядной плазмой.
Перенос ноиизации осуществляется разл. механизмами: диффузией возбуждённых и заряж. частиц, за счёт теплопроводности, собственного ионизирующего излучения разряда и т. д. В зависимости от условий один к.-л. процесс может играть определяющую роль, в соответствии с чем механизм распространения разряда наз. теплопроводностным, диффузионным, фотоионизационным (или радиационным), газодинамическим и др.
Устойчивость н пространственная структура сверх* высокочастотного разряда. Как стационарные, так и движущиеся навстречу волне С. р. характеризуются сложностью формы, прежде всего наличием мелкомасштабной пространственной неоднородности. Неоднородность разряда, как правило, тем существенней, чем выше отношение vm/w. Важную роль в формировании структуры разряда играют иониэационные неустойчивости, к-рые можно разделить иа два класса: ионизационно-полевые (или электродинамические) и иоииза-ционио-перегревные (или газодинамические).
И о н и з а ц и о н и о - п о л е в ы е неустойчивости характерны для разреженных газов и высокой частоты со. Физ. механизм возникновения этой неустойчивости основан на явлении плазменного резонанса: пока величина электронной концентрации остаётся ниже критической (пе/пс < 1), её увеличение в тонком слое, перпендикулярном полю, сопровождается увеличением амплитуды поля (E0 СЛ R'1, где є —
