Электромагнитные колебания при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии

• Автор: Акел, Мохамад
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Глава первая Неустойчивые режимы разрядов низкого давления. Литературный обзор
1.1. Пучково-плазменный разряд
1.2. Тлеющие разряды
1.3. Высокочастотные разряды
1.4. Механизмы эмиссии
1.5. Возникновение на ВАХ разрядного промежутка участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением
ГЛАВА ВТОРАЯ Экспериментальная установка и средства диагностики
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Диагностические средства установки ПР
2.2.1. Экспериментальная конструкция коллекторной системы
2.2.2. Измерение параметров автоколебаний
ГЛАВА ТРЕТЬЯ Экспериментальное и численное исследование ВЧ-автоколебательных режимов пучково-плазменного разряда
3.1. Физико-математическая модель неустойчивого
плазменно-поверхностного взаимодействия и развития ВЧавтоколебаний
3.1.1. Плазменно-поверхностный контакт как нелинейный элемент автоколебательной системы
3.1.2. Механизмы эмиссии и мгновенная ВАХ
3.1.3. Математическая модель несамостоятельного автоколебательного вторично-эмиссионного разряда
3.1.4. Метод фазовой плоскости. Классификация устойчивых и неустойчивых состояний
3.1.5 Диаграмма устойчивости разрядной системы с 14-образной ВАХ
3.1.6. Релаксационные высоковольтные колебания

3.1.7. Квазигармонические колебания
3.2. Низкочастотный (высоковольтный) автоколебательный
разряд при наличии внешней индуктивности
3.2.1. Способы регулирования параметров автоколебаний
3.2.2. Учет инерции ионов
3.2.3. Увеличение мощности автоколебательной системы
3.3. Высокочастотные колебания на собственной резонансной частоте разрядного канала
3.3.1. Учет вихревой составляющей электрического поля в приэлектродном слое
3.3.2. Импеданс канала. Учет индуктивности и сопротивления плазмы разрядного канала
3.3.3. Разрядная система и математическая модель высокочастотного АВЭР на собственной резонансной частоте
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ Автоколебательные разряды повышенной мощности. Переход в режим самостоятельного разряда
4.1. Собственные колебания АВЭР в приближении коаксиальной линии
4.2. Колебания геликонного типа
4.3. Формирование высоковольтных импульсов
4.4. Переход из несамостоятельного в самостоятельный режим
4.5. Способы запуска самостоятельного ВЧ-автоколебательного разряда
4.6. Двухконтурная схема автоколебательной системы
4.7. Вторично-эмиссионные неустойчивости периферийной
плазмы в магнитных ловушках
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Взаимодействие плазмы с контактной поверхностью электродов и стенок является важнейшим аспектом физики газовых разрядов и изучается уже много лет. Вопросы, связанные с плазменноповерхностным обменом энергией, веществом и электрическими зарядами, имеют большое значение в таких областях физики плазмы, как термоядерные и космические исследования, плазменная электроника и плазменные технологии. Эти вопросы довольно полно исследовались и теоретически и экспериментально, но, тем не менее, многие особенности приэлектродных и приповерхностных процессов остаются недостаточно изученными, и развитые к настоящему времени модельные представления не всегда согласуются с наблюдаемыми экспериментально эффектами.
Структура и динамика дебаевских слоев объемного заряда (ДС), возникающих при контакте плазмы с поверхностью конденсированного вещества, является предметом особенно интенсивных исследований, поскольку именно они в значительной мере определяют работу газоразрядных устройств, а также влияют на процессы в установках для магнитного удержания плазмы. Широкий диапазон экспериментальных условий и самосогласованность многих нелинейных процессов в плазме, веществе и граничных слоях приводят к большому многообразию эффектов на границе плазмы и твердого тела, влияющих на генерацию и перенос заряженных частиц. Достаточно полно исследованы условия образования катодных пятен и униполярных дуг, связанных с локальным перегревом и термоэмиссией контактной поверхности. Соответствующая данному процессу вольт амперная характеристика (ВАХ) имеет нелинейный Б-образный характер (неоднозначный по напряжению), присущий

поглощаемой энергии могла накапливаться и перераспределяться в реактивных элементах разрядной цепи [53,54,55]. Во-вторых, необходима положительная обратная связь через плазменноповерхностный контакт как нелинейный элемент. В стабильной фазе низкого напряжения на приемной пластине (при прохождении первой восходящей ветви Ы-образной ВАХ) происходит накопление энергии в индуктивности, роль которой в высокочастотном пределе может играть сам плазменный канал. При выходе на падающий участок ВАХ и развитии неустойчивости эта энергия расходуется частично на ускорение ионов и эмиссионных электронов нарастающим падением потенциала в приповерхностном слое, а частично идет на увеличение электростатической энергии в приповерхностном слое объемного заряда, который обладает выраженными емкостными свойствами. В фазе больших смещений потенциала поток надтепловых электронов на катодную пластину существенно ослабевает в результате торможения, и эмиссия высокоэнергетичных электронов в разрядный объем определяется у-процессами.
Высокие значения ст, необходимые для возникновения 14-образной ВАХ, реализуются, если под действием плазмы и остаточного газа на приемной поверхности образуется и достаточно долго существует диэлектрическая пленка. При этом пленка должна быть настолько тонкой (100А°), чтобы без пробоев пропускать электрический ток по туннельному механизму при сравнительно небольшом падении потенциала (10В).
Потоки вторичных электронов и возбуждение переменных полей вносят дополнительную мощность в разряд, что, в свою очередь, приводит к самосогласованному увеличению количества надтепловых электронов, к росту температуры разрядной плазмы и уровня генерации частиц. С ростом мощности ВЧ-автоколебаний и