Введение к работе
Актуальность теш.
Интерес к разрядной плазме, поддерживаемой мощным электромагнитным излучением диапазона СВЧ, связан с возможностью ее использования в различных приложениях: в плазмохикии, в качестве активной среды газовых лазеров, в коммутаторах и детекторах мощного СВЧ излучения а др. Ряд особенностей такой плазмы Снапример, в ней легко достигаются сравнительно высокие ~ 10'* см"3 концентрации электронов при сохранении неравновесности плазмы, она свободна от некоторых типов неустойчивостей и т.п.) свидетельствуют о возможности реализации достаточно эффективных технологий, поэтому исследования динамики и параметров разрядной плазмы представляются актуальными.
С другой стороны, ' в ряде случаев разряд может служить помехой. Одним из примеров такого влияния разряда является СВЧ пробой в передающих трактах. В последнее время качались исследования возможностей высокотемпературной обработки материалов мощным электромагнитным излучением миллиметрового диапазона длин волн. Одно из основных ограничений эффективности и производительности высокотемпературной обработки материалов СВЧ излучением связано с возникновением приповерхностного газового разряда: отражая и поглощая часть падающей мощности, разряд
ограничивает величину интенсивности электромагнитной волны, воздействующей на обрабатываемое вещество. Для выяснения возможностей подавления разряда в линиях передачи и при реализации процессов обработки материалов электромагнитным излучением необходимо знать механизмы возникновения и поддержания разряда вблизи поверхностей тел.
Как в процессах высокотемпературной обработки материалов, так и в плазменных технологиях особый интерес представляет электромагнитное излучение, сформированное в виде волнового пучка. В этом случае можно получать разряды, не имеющие контакта со стенками разрядных камер или с электродами, что позволяет надеяться на возможности осуществления особо чистых технологических процессов.
Для получения достаточно высокой производительности технологических систем необходимо обеспечить непрерывный режим работы технологических установок, поэтому исследования особенностей непрерывного режима поддержания разряда представляется также актуальной задачей.
Целью диссертационной работы являлось экспериментальное к теоретическое исследование механизмов возникновения и горения разряда вблизи поверхности диэлектрика, а также механизма распространения разряда навстречу падавшему излучение в условиях, когда разряд поддерживается непрерывным электромагнитным излучением миллиметрового диапазона длин волн, сформированным в виде волнового пучка, при давлении газа, близком к атмосферному.
Научная новизна.
Проведено экспериментальное исследование возникновения,
динамики и параметров разряда, возникавшего вблизи поверхности твердого диэлектрика, помещенного в волновой пучок электромагнитного излучения диапазона миллиметровых волн. Показано, что определяющим возникновение разряда фактором является испарение материала инициатора. Пары материала инициатора играют существенную роль и при дальнейшей эволюции разряда.
Экспериментально измерена температура газа в разряде в воздухе атмосферного давления при интенсивности электромагнитного излучения ~ 10 кВт/см2, что позволило получить прямое доказательство неравновесности разряда.
Проведено теоретическое исследование двух возможных механизмов распространения неравновесного СВЧ разряда высокого давления навстречу падающему излучению: теплопроводностного и фотоионизационного. Показано, что лишь фотоионизационный механизм соответствует экспериментальным данным. Показано также, что наблюдавшийся в экспериментах быстрый рост скорости движения разряда с ростом интенсивности СВЧ волны может быть связан с изменением удельной теплоемкости газа.
В рамках,фотоионизационного механизма распространения разряда проведено теоретическое исследование условий нарушения стационарного режима движения неравновесного СВЧ разряда высокого давления. Показано, что предложенная модель позволяет описывать скачкообразный режим распространения разряда, наблюдавшийся в экспериментах.
Экспериментально исследован разряд, реализующийся в аргоне технической чистоты среднего давления С~ 0,1 атм.) под действием непрерывного электромагнитного излучения, сформированного в виде
крутосходящегося волнового пучка. Выявлен ряд особенностей такого разряда: его нестационарность (разряд представляет собой регулярную последовательность движущихся волн неравновесной ионизации), наличие фоновой квазиравновесной плазмы, по которой движутся волны неравновесной ионизации, существенное влияние примесей. Определены основные параметры разряда: плотность плазмы и температура газа.
Практическая ценность работы.
Исследования возникновения приповерхностного разряда позволили определить некоторые возможные пути реализации безразряяных резишов обработки материалов электромагнитным излучением диапазона миллиметровых волн.
Результаты исследований динамики неравновесного СВЧ разряда могут быть использоЕаны при расчете и конструировании генераторов неравновесной плазмы Сплазмотронов).
Апробация результатов.
Результаты выполненных исследований докладывались на научных семинарах Института прикладной физики РАН, Всесоюзном совещании "Высокочастотный разряд в волновых полях" СГорький, 1987 г.), 4 Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Махачкала, 1989 г.), XIX Мекдународной конференции по явлениям в ионизованных газах (Белград, Югославия, 1989 г.), II Всесоюзном совещании "Высокочастотный разряд в волновых полях" (Куйбышев, 1989 г.), III секции Всесоюзного научно-технического совещания "Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях" (Иркутск, 1989 г.), III Всесоюзной школе по нелинейным волнам (Горький, 1989 г.), на международном симпозиуме по микроволновой обработке материалов
(Сан-Франциско, США, 1990 г.).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из Еведения, четырех глав и заключения. Объем диссертации - 115 страниц основного текста, 38 рисунков и 6 фотографий. Библиография включает 114 наименований. Общий объем диссертации - IT'd страницы.
