SoVbTv™ ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Электродинамика поверхностной волны, поддерживающей плазменный столб в сантиметровом диапазоне радиоволн
Жуков В.И.
Федеральный исследовательский центр «Институт общейфизики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва Е-mail: zhukov. vsevolod@physics. msu. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-108-109
В работе исследуются электромагнитные поверхностные волны (ПЭВ), самосогласованно распространяющиеся на плазменном столбе газового разряда в сантиметровом диапазоне радиоволн [1]. Изучение структуры поверхностной волны представляется целесообразным проводить в режиме стоячих волн. Стоячая волна формировалась в резонаторе ПЭВ открытого типа, между двух плоскопараллельных металлических зеркал. Эксперименты проводились в самосогласованном режиме: возбуждалась стоячая поверхностная волна, которая сама создавала и поддерживала плазму. Возбуждение стоячей волны позволило независимо исследовать продольную и поперечную компоненты вектора напряженности электрического поля ПЭВ. Как известно [2], данные компоненты поля ПЭВ сдвинуты по фазе на 90° друг относительно друга.
Разряд, поддерживаемый поверхностной волной (рис. 1), осуществлялся в трубках (1) длиной 2 м, радиусом от 5 до 14 мм. Поверхностная волна возбуждалась волноводным аппликатором (2), питаемым магнетроном (3) мощностью 700 Вт, работающим на частоте 2.45 ГГц. Структура ПЭВ исследовалась при возбуждении разных мод. Так, при выполнении условия [3] fr<2 ГГц*см, где f— частота электромагнитного излучения, а r — радиус трубки, на плазменном столбе возбуждается только аксиально-симметрическая m = 0 мода ПЭВ. Конструкция волноводного аппликатора позволяет селектировать также m = 1 дипольную моду ПЭВ [4] при выполнении f r>2 ГГцхсм.
Показано, что возбуждение стоячей волны на длинном плазменном столбе приводит к формированию локальных минимумов и максимумов плотности плазмы на всей его длине,
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
18-20 октября 2022 г.
период которых равен половине длины поверхностной волны. Причем профиль плотности плазмы в значительной степени определяется структурой поля возбуждаемой моды ПЭВ. Показана возможность создания плазменного столба с модуляцией плотности плазмы, достигающей птах/птт«5, и длиной около 10 длин волн. С помощью численной модели исследована структура поля поверхностной волны как внутри, так и вне плазмы. Численное моделирование и эксперимент позволили определить характерные отличия структуры поля т = 0 и т = 1 мод. Показано, что с ростом концентрации электронов доля энергии ПЭВ в плазме падает, а профиль плотности становится сильно неоднородным с провалом в центре трубки.
ф
Г - ~[л}--{ш к1-1-,
I
Рис. 1. Схема эксперимента. 1 — кварцевая трубка; 2 — волноводный аппликатор; 3 — магнетрон; 4 — модулятор; 5 — генератор импульсов; 6 — форвакуумный насос; 7 — натекатель; 8 — вакуумметр; 9 — СВЧ четвертьволновая антенна; 10 — коллимированный фотодетектор; 11 — осциллограф; 12 — подвижное медное зеркало.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-32-90162.
1. Moisan M., Shivarova A., Trivelpiece A.W. J. Plasma Phys. 1982, 24(11), 1331-1400.
2. Rakem Z., Leprince P., Marec J. Rev. Phys. Appl. (Paris). 1990, 25(1), 125-130.
3. Zhelyazkov I., Atanassov V. Physics Reports. 1995, 255(2-3), 79-201.
4. Жуков В.И., Карфидов Д.М., Сергейчев К.Ф. Физика плазмы. 2020, 46(8), 1-9.