Электромагнитные колебания при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии

Акел, Мохамад

Электромагнитные колебания при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Акел, Мохамад АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.08 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Электромагнитные колебания при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии»

Автореферат диссертации на тему "Электромагнитные колебания при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии"

На правах рукописи

АКЕЛ Мохамад

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ПРИ НЕУСТОЙЧИВОМ ПЛАЗМЕННО-ПОВЕРХНОСТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ

01.04.08 - физика плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

^КеЛ

Москва 2004

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный руководитель: доктор физ.- мат. наук,

профессор Курнаев Валерий Александрович

Официальные оппоненты: доктор физ.- мат. наук,

Ведущая организация: Институт общей физики РАН.

Защита состоится '26" февраля 2004 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.130.05 в МИФИ по адресу: 115409, Москва. Каширское шоссе, 31, конференц-зал (главный корпус), тел. 095-3239167

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан января 2004г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

ученый секретарь диссертационного

с.н.с. Татаринова Нина Владимировна,

кандидат физ.- мат. наук,

с.н.с. Кирнев Геннадий Степанович.

совета Д 212.130.05

Евсеев И.В.

2004-4 23952

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Взаимодействие плазмы с контактной поверхностью электродов и стенок является важнейшим аспектом физики газовых разрядов и изучается уже много лет. Вопросы, связанные с плазменно-поверхностным обменом энергией, веществом и электрическими зарядами, имеют широкое приложение 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 (В АХ) имеет нелинейный в-образный характер (неоднозначный по напряжению), присущий ключевым элементам электрической цепи. В данной работе рассмотрена неустойчивость электрического контакта между неравновесной плазмой и поверхностью с повышенной вторично-эмиссионной способностью. Мгновенная ВАХ подобного контакта имеет №образный характер (неоднозначный по току), присущий генераторным и триггерным элементам. Экспериментально такая вторично-эмиссионная (или динатронная) неустойчивость может проявляться в автогенерации мощных как регулярных, так и стохастических электромагнитных колебаний, а также отдельных импульсов. Соответствующие условия могут возникать во многих газоразрядных системах низкого давления, в периферийной области магнитных ловушек, в том числе и при проведении зондовых измерений. С динамическими по вторично-эмиссионному механизму ДС могут быть связаны некоторые особенности аномальных переносов и значительное увеличение (на порядки величины) мгновенного

РОС. НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА С. Петербург а? оэ |

значения падения потенциала в приэлектродном слое по сравнению с его усредненным значением или значением, характерным для стационарного ДС. Возбуждение автоколебаний происходит зачастую неожиданно и существенным образом изменяет работу устройств, стимулируя пробои, ухудшая удержание плазмы и воспроизводимость результатов, поэтому экспериментаторы обычно стараются избегать таких режимов. Систематические исследования процессов, лежащих в основе данной неустойчивости, практически не проводились. Между тем, их изучение позволит развивать методы контроля устойчивости ДС, а также использовать широкие возможности автоколебательных режимов для генерации и ускорения заряженных частиц.

Цель работы

Цель диссертационной работы состоит:

в исследовании механизма положительной обратной связи, ответственного за генерацию электромагнитных колебаний при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии, в исследовании условий перехода от стационарного к неустойчивому по вторично-эмиссионному механизму режиму протекания тока между плазмой и контактной поверхностью,

в разработке математической модели для расчета параметров автоколебаний,

в разработке принципов стабилизации неустойчивости и управления параметрами электромагнитных автоколебаний, в исследовании влияния ВЧ-автоколебаний на пространственные и временные распределения параметров плазмы в разрядном объеме, в разработке автоколебательных методов нагрева и ускорения плазменных и ионных потоков.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в том, что

выявлены физические основы автоколебательного вторично-эмиссионного разряда (АВЭР) - особой формы газового разряда, которая сопровождается автогенерацией мощных электромагнитных колебаний в разрядной цепи и сочетает свойства пучково-плазменного и ВЧ-емкостного разрядов,

построена диаграмма устойчивости разрядов с Ы-образной ВАХ, впервые проведено исследование вторично-эмиссионной неустойчивости с генерацией ВЧ-автоколебаний на собственной резонансной частоте плазменно-поверхностного контакта,

впервые получена и исследована сильноточная самостоятельная форма высокочастотного автоколебательного разряда с противофазной работой холодноэмиссионных катодов, впервые экспериментально показано, что контактная поверхность в автоколебательном режиме взаимодействия с плазмой приобретает мгновенный потенциал, который может превышать стационарный плавающий потенциал в сотни и тысячи раз (для положительных и отрицательных импульсов).

Научная и практическая ценность

Результаты работы могут быть использованы

при создании автоколебательных импульсных и резонансных систем

ускорения для получения высокоэнергетичных ионных потоков,

- при разработке газоразрядных генераторов электромагнитных колебаний широкого диапазона частот и быстродействующих переключающих устройств,

- при создании высокоэффективных источников плазменных потоков в исследованиях аномальных пристеночных переносов в системах магнитного удержания плазмы.

Автор защищает

методику оценки устойчивости разрядной системы с М-образной

ВАХ по вторично-эмиссионному механизму;

методику расчета параметров электромагнитных автоколебаний;

- принцип генерации противофазных высокочастотных электромагнитных колебаний в плазменном канале и приэлектродном слое при неизменных потенциалах на электродах;

- механизм генерации высоковольтных импульсов напряжения в динамических дебаевских слоях при индуцированном изменении проводящих и вторично-эмиссионных свойств контактных поверхностей;

принцип использования автоколебательной системы для нагрева плазмы и ускорения ионных компонентов;

положение о том, что вторично-эмиссионый автоколебательный разряд является особой формой самостоятельного сильноточного разряда.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

• Использованием апробированных и надежных средств измерений,

• Соответствием результатов экспериментов расчетным моделям,

• Сопоставлением результатов исследований с известными из литературы результатами других авторов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

• 30 Европейская конференция по физике плазмы и УТС, Санкт-Петербург, Россия, июль 7-11,2003.

• XVI международная конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003)" 25-29 августа 2003г. Звенигород.

• XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 24 - 28 февраля 2003.

• XI конференция по физике газового разряда. Рязань 2002.

• III, IV российские семинары "Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды" Москва, МИФИ, (2001,2003).

• Научные сессии МИФИ, 2001,2003,2004гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 1 препринт, 2 статьи в реферируемых журналах, 2 доклада в материалах международных конференций, 11 докладов в материалах других конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 142 страницах, содержит 32 рисунка и список литературы из 75 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе проводится анализ публикаций по неустойчивостям приэлектродных слоев (ДС) для различных типов разрядов низкого давления.

В классической физике газового разряда неустойчивости протекания разрядного тока обычно связываются с положительной обратной связью (ОС) цепи, определяемой отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС) на некотором участке ВАХ разрядного промежутка. Можно выделить два таких участка. Первый связан с

переходом по мере роста напряжения от темного разряда к нормальному тлеющему. ОДС на переходном участке (поднормального тлеющего разряда) определяется ростом плотности газоразрядной плазмы и образованием прикатодного слоя с повышенной напряженностью электрического поля. В такой структуре генерация носителей тока происходит более эффективно, что ведет к нарастанию тока (на порядки величины) и падению напряжения на электродах. Главный механизм эмиссии катода - вторичная ион-электронная (i-e) эмиссия, которая и определяет сравнительно большое напряжение в приэлектродном слое -порядка ста и более вольт.

Другой участок ОДС возникает при повышенной плотности разрядного тока и связан с переходом от аномального тлеющего разряда к дуговому при разогреве катодной поверхности (локально либо интегрально) до температуры эмиссии. В термическом дуговом режиме роль ионного потока сводится в основном к разогреву катодной поверхности (при самостоятельном разряде), поскольку термоэмиссия существенно эффективней вторичной эмиссии. Разрядный ток может возрастать на порядки величины, а напряжение падает до десятков В.

В обоих случаях участки ОДС вместе с прилегающими ветвями относятся к S-образному типу ВАХ с неоднозначностью по напряжению. Отметим, что из-за этой неоднозначности согласно традиции ВАХ разряда часто представляют как функцию напряжения на электродах от разрядного тока, и в таком представлении говорят об N-образной ВАХ. Чтобы избежать недоразумений, подчеркнем, что в данной работе используется представление ВАХ как функции тока от напряжения, принятое, например, при зондовых измерениях.

Оба указанных выше участка ВАХ разрядного промежутка с ОДС широко используются при разработке газоразрядных коммутаторов и релаксационных генераторов (генерирующих сравнительно низкочастотные и малостабильные колебания). В качестве критерия устойчивости разряда на участке ОДС обычно используется так называемый критерий Кауфмана где R - выходное сопротивление

источника разрядного напряжения, a R, - дифференциальное сопротивление ВАХ на падающем участке в точке пересечения с нагрузочной характеристикой источника питания.

Принципиально другой тип неустойчивости возникает, если мгновенная ВАХ разряда или плазменно-поверхностного контакта приобретает N-образную форму. Такие условия возникают, в частности, если плазма имеет высокоэнергетичную группу электронов, а поверхность обладает коэффициентом вторичной е-е эмиссии больше единицы. В этом случае, как было показано в экспериментах с пучково-плазменным разрядом на установке ПР-2, при определенных условиях зарядовый обмен

между плазмой и отрицательно смещенной коллекторной пластиной становится неустойчивым - возникают динамические дебаевские слои. На качественном уровне было установлено, что в основе механизма неустойчивости лежит повышенная эмиссия вторичных электронов с контактной поверхности пластины, причем определяющую роль играет эмиссия под действием надтепловых электронов. В результате вольт-амперная характеристика коллектора становится неоднозначной по току и приобретает Ы-образный вид с участком отрицательного дифференциального сопротивления, благодаря которому и возможна автогенерация электромагнитных колебаний в цепи коллектора. Важно отметить, что при выполнении критерия Кауфмана устойчивое состояние на падающем участке И-образной ВАХ не достигается никогда, а при его нарушении состояние разрядной системы становится устойчивым по постоянному току. При этом в разрядной цепи возможно развитие высокочастотных автоколебаний тока и напряжения, что указывает на очень высокую скорость обратной связи. Причем, выходная емкость источника питания практически не сказывается на частоте и амплитуде автоколебаний. Определяющее влияние на эти параметры оказывают емкость приэлектродного слоя, индуктивность разрядной цепи и детали 14-образной ВАХ.

Генерация автоколебаний в разрядах с ОДС в-типа возникает, если рабочая точка неустойчива, а разрядный промежуток шунтирован достаточно большой емкостью. Наличие внешней емкости и малая скорость обратной связи через накопление и гибель носителей тока в разрядном промежутке и/или перегрев контактной отрицательно смещенной поверхности определяют сравнительно низкую предельную частоту автоколебаний (на уровне 10 кГц). Для более высоких частот импеданс разрядной цепи положителен и генерация автоколебаний невозможна. В эквивалентной цепи разрядного промежутка можно пренебречь емкостью приэлектродного слоя, поскольку на таких частотах емкостное сопротивление составит многие сотни кОм. Мгновенное значение тока всегда с хорошей точностью соответствует току, переносимому через промежуток заряженными частицами. Иными словами конвективный ток всегда много больше токов смещения.

При вторично-эмиссионном механизме ОДС скорость положительной обратной связи определяется в основном временем пролета приэлектродного слоя объемного заряда высокоэнергетичными электронами, которая может быть очень малой (на уровне Ю'10с). На соответствующих частотах токами смещения пренебрегать нельзя, и в эквивалентную схему разрядной цепи следует внести емкость приэлектродного слоя как для обычных ВЧ-разрядов. Таким образом, разрядная цепь представляет ЬС-контур с внутренней положительной

обратной связью, и критерии устойчивости таких разрядов следует разрабатывать с учетом этого обстоятельства.

Можно сделать вывод, что ВЧ-автоколебания не являются особенностью только пучково-плазменных систем и могут возникать в других разрядных системах с сильной неравновесностью электронного компонента и при достаточно высоком коэффициенте вторичной электрон-электронной эмиссии о»1. Чисто качественно механизм автогенерации электромагнитных колебаний в разрядной цепи можно представить следующим образом. Во-первых, для раскачки автоколебаний необходимо, чтобы заметная часть поглощаемой энергии могла накапливаться и перераспределяться в реактивных элементах разрядной цепи. Во-вторых, необходима положительная обратная связь через плазменно-поверхностный контакт как нелинейный элемент. В фазе низкого напряжения на приемной пластине (при прохождении первой восходящей ветви М-образной В АХ) происходит накопление энергии в индуктивности, роль которой в высокочастотном пределе может играть сам плазменный канал. При выходе на ниспадающий 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 отрицательных смещений потенциала поток надтепловых электронов на катодную пластину существенно ослабевает в результате торможения, и эмиссия высокоэнергетичных электронов в разрядный объем определяется у-процессами.

Из анализа публикаций можно сделать следующие выводы: полной и непротиворечивой теории ВАХ разряда с описанием динамики переходов между режимами на участках ОДС ВАХ нет, практически не исследованы неустойчивости зарядового обмена плазменно-поверхностного взаимодействии с учетом токов смещения,

не разработаны критерии устойчивости и не исследованы возможные формы газового разряда с М-образной мгновенной ВАХ, пучково-плазменная система обладает сильной неравновесностью электронного компонента, что позволяет воспроизводить особенности практически всех разрядов низкого давления и представляется наиболее удобной для исследования динамических ДС по вторично-эмиссионному механизму.

Во второй главе описывается экспериментальная установка с пучково-плазменным разрядом (ППР) в продольном магнитном поле ПР-2. На одном торце установки расположена автономная электронная пушка с термоэмиссионным катодом, на другом - плоский охлаждаемый электрод с повышенной вторично-эмиссионной способностью. В описываемых экспериментах в качестве материала электрода использовались алюминий и его сплавы. Высокоэмиссионная поверхностная пленка формировалась после очистки и тренировки в разрядах в атмосфере аргона при небольшой добавке кислорода. Давление рабочей смеси регулировалось в пределах 5-Ю'3 - 1 Па. Ускоряющее напряжение пушки и ток первичного электронного пучка могли изменяться в диапазонах 0-2 кВ и 0-1 А.

Все эксперименты проведены в стационарном режиме работы установки с различными вариантами разрядных систем, как в несамостоятельном, так и в самостоятельном автоколебательном режимах. В первом случае для формирования надтепловой группы электронов и Ы-образной ВАХ контактной пластины использовалась автономная электронная пушка (с постоянной эмиссией). В режиме самостоятельного ВЧ-автоколебательного разряда надтепловая группа электронов в разрядном объеме поддерживалась за счет собственной эмиссии холодного отрицательно смещенного электрода (катода) и воздействия переменных полей при развитии автоколебательной неустойчивости ДС.

Для измерения параметров автоколебания применялись высокочастотные делители напряжения, пояса Роговского, высокочастотные шунты. В качестве регистрирующей аппаратуры использованы высокочастотные осциллографы. Для определения параметров плазмы применялись одиночные ленгмюровские зонды и многосеточные анализаторы.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального и численного исследования ВЧ-автоколебательных режимов пучково-плазменного разряда на основе разработанной физико-математической модели неустойчивого плазменно-поверхностного взаимодействия.

В первой части главы содержится описание физических условий и процессов, приводящих к появлению ^образной ВАХ плазменно-поверхностного контакта. Высокие значения ст, необходимые для возникновения И-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 (10 В) на ней.

Очень высокая скорость обратной связи, определяемая прохождением высокоэнергетичными электронами весьма тонкого ДС,

позволяет получать автоколебания вплоть до СВЧ диапазона. Мгновенная ВАХ определяется функцией распределения электронов по энергиям, коэффициентами вторичной эмиссии по действии электронов о(е) и ионов у(е) (е - энергия частиц), плотностью разрядной плазмы, а также геометрическими размерами.

Участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением может появиться на ВАХ (рис.1) между низковольтным круто нарастающим участком с повышенной е-е вторичной эмиссией (о-ветвью) и пологим высоковольтным участком ионного насыщения (у-ветвью) при а» 1 и наличии надтепловой группы электронов. Некоторую роль могут играть другие виды эмиссии: под действием жесткого излучения и быстрых нейтральных частиц.

Рис.1. Характерный вид ВАХ при наличии надтпепловых электронов (1) и нагрузочная характеристика источника смещения пластины (2).

(а)- характерные зависимости от энергии для коэффициента вторичной электрон-электронной эмиссии диэлектрической пленки и функции распределения электронов, поступающих из разрядного канала в контактный слой,

(б)- особенность ВАХ в окрестности плавающего потенциала, определяемая наличием тонкой диэлектрической пленки.

Математическая модель мгновенной ВАХ строится на основе одномерного, бесстолкновительного подхода с учетом зависимости коэффициента вторичной е-е эмиссии от энергии. Функция распределения по энергиям для электронов плазмы представляется двумя труппами -

тепловая группа электронов с максвелловским распределением (Те~10 эВ) и неравновесная надтепловая группа (со средней энергией порядка 100 эВ). Показано, что зависимости сг(е), характерные для диэлектриков (например, А1203, MgO, ВеО) могут приводить к появлению N-образной ВАХ.

Рассмотрены различные механизмы увеличения выхода вторично-эмиссионных электронов с учетом зонной структуры, полевого усиления эмиссии, эффекта "горячих" электронов. При сплошной структуре диэлектрическая пленка должна быть достаточно тонкой 10-20 нм, чтобы обладать хорошей поперечной проводимостью по туннельному механизму при небольших падениях напряжения на толщине пленки по сравнению с полным разрядным напряжением. Проанализированы динамически равновесные условия ионной бомбардировки, при которых могут существовать подобные диэлектрические пленки на основе ряда оксидов и алмазоподобных структур. Приводятся расчеты мгновенной ВАХ для некоторых структур с модельными функциями распределений по энергиям электронов и ионов плазмы.

Рис.2 Эквивалентная электрическая схема автоколебательного контура с

поверхностно-плазменным контактом (пунктир): 0- источник ЭДС постоянного тока, й- полное сопротивление внешней <

цепи, Ь- индуктивность внешней цепи, Сц(и)- нелинейная емкость ДС, Яы(и)- нелинейное сопротивление, описываемое ВАХ контакта 1ц(и), и- напряжение на контактной пластине (см. рис. 1). 4

В основу рассмотрения механизма генерации автоколебаний положено представление о плазменно-поверхностном контакте как нелинейном элементе разрядной цепи с М-образной мгновенной ВАХ и с выраженными емкостными свойствами. Плазменный канал обладает свойствами индуктивности (электромагнитной и инерционной природы). Совместно с внешней индуктивностью разрядной цепи и емкостью слоя он

образует колебательный контур (рис.2). Колебательный процесс в этом контуре описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений

¿и = 1-1ы(и)

Л С к (и) ' ()

Чтобы вычисления проводить в первом квадранте плоскости (и,Г), знаки напряжений и токов изменены на противоположные по отношению к рис.1. Для дифференциальной емкости Сц(м) в квазистатическом приближении и для и» АТе/е получено следующее соотношение

С„(«)=2"5/4 -е'/2 е-ш-и}'*.аг.у*"-и-3". (3)

Здесь М- масса иона, 7'+- плотность ионного тока насыщения, 5- контактная площадь, ео - диэлектрическая постоянная (все единицы в системе СИ). Вследствие принципиальной нелинейности мгновенной ВАХ и

дифференциальной

емкости С\ контактного слоя приведенная система уравнений допускает только численное решение. Устойчивость

динамической системы, описываемой системой (1)- (2), определяется точкой пересечения ВАХ и нагрузочной характеристики источника питания (особой или рабочей точкой), а также добротностью контура.

Для предварительного определения характера устойчивости рабочей точки удобно воспользоваться обобщенной диаграммой, представленной на рис.3.

Она разработана на основе анализа устойчивости по методу Ляпунова и позволяет предсказывать поведение автоколебательной системы только на начальной (линейной) стадии развития колебаний. Диаграмма построена для безразмерных параметров: внешней

добротности 0 = — и внутренней (по отношению к контактному слою) Я V Сц

дифференциальной добротности gi =/l¡J^-. Я- дифференциальное

сопротивление нелинейного элемента в окрестности особой точки,

1 & ы(и)

определяемое соотношением —= ■

Я/ ди

Для генерации ВЧ-автоколебаний по вторично-эмиссионному механизму необходимо, чтобы рабочая точка на падающем участке ВАХ была устойчивой по постоянному току, а ВЧ цепь в области резонансной частоты обладала достаточно высокой добротностью. На диаграмме этим условиям соответствуют области IV и V, для которых возможны

1 \ 1 "Г"

—— \ устойчивый узел ,

01 \ . , VI/

. ' устойчивый фокус"

^ ° А О

'Ч

4 03!\. л

неуст. фокус

соответственно режимы квазигармонических и релаксационных колебаний (особые точки типа неустойчивый фокус и неустойчивый узел).

В области Ш Л, также отрицательно, но

автоколебания невозможны. Эта область соответствует бистабильному режиму триггера (неустойчивая особая точка типа седло). В режимах I и П разрядная система всегда устойчива (особая точка относится к типу устойчивого узла или фокуса). Причем, эти режимы могут существовать и на участке ОДС (при £?,<0).

В этом случае контакт можно рассматривать как широкополосный или

резонансный усилитель (области 1б, Щ).

Для экспериментальных условий на ГТР-2 при наличии внешней индуктивности автоколебательная разрядная система соответствует

области III при большом сопротивлении источника питания (К> 100 Ом) и области V при малом Я. Поэтому автоколебания обычно имеют релаксационный характер. Расчет параметров автоколебаний на нелинейной стадии проводится с использованием численных методов. Для представления результатов расчетов наряду с временными зависимостями токов и падений напряжений в плазменно-поверхностном контакте используется метод фазовой плоскости (рис.4).

_____неуст. узел /

Рис. 3. Диаграмма устойчивости разрядной системы с N-образной ВАХ.

Рис. 4. Расчетные колебания, (а)-1- нагрузочная характеристика, 2- фазовая траектория, 3- ВАХ нелинейного элемента, (б)- колебания напряжения, (в)- колебания тока в

цепи коллектора,

Расчетные параметры автоколебаний хорошо соответствуют наблюдаемым экспериментально в релаксационных режимах. Повышение частоты за счет уменьшения внешней индуктивности приводит к режиму автоколебаний на собственной резонансной частоте, когда емкость контура определяется контактным слоем, а индуктивность - разрядным каналом. В I этом случае возможен режим квазигармонических колебаний, что

соответствует области IV на диаграмме устойчивости.

В механизме развития неустойчивости №типа индуктивность цепи 4 имеет принципиальное значение. Индуктивность может носить как

электромагнитный, так и инерционный характер. Собственная электромагнитная индуктивность коаксиальной разрядной системы

определяется геометрическими размерами Ьт = —11п—, где / - длина

2я ар

плазменного канала, а\г радиус камеры, ар- радиус разрядного канала. Инерционная индуктивность определяется плазменной частотой, а также

Ч I тт

длинои и сечением разрядного канала Ьр=цо—т—у Д™ разрядов

те тр

низкого давления преобладающее значение имеет инерционность плазменного электронного компонента, когда электромагнитную индуктивность можно не учитывать. Для этого режима собственная частота контура растет с ростом плотности плазмы (рис.5). В разрядах с достаточно высокой плотностью инерционной индуктивностью можно пренебречь по сравнению с электромагнитной. Эффект конкуренции электромагнитного и инерционного механизмов, отвечающих за индуктивность разрядной цепи, позволяют осуществить стабилизацию частоты автогенерация в широком диапазоне изменения плотности плазмы и емкости приэлектродного слоя Си- На рис.5 показан характер изменения собственной резонансной частоты автоколебаний для установки ПР-2.

10* -1-г-г—I-■}-1-1-1-1-

_L_I_I_I_I_I_I_I_

ю"4 ш"3 0Ш 01 1 10 100 103 10* 105 п,1010см-3

Рис.5. Зависимость собственной резонансной частоты от плотности

плазмы.

1. собственная резонансная частота,

2. частота последовательного электронного резонанса,

3. частота последовательного электромагнитного резонанса,

4. плазменная электронная частота.

Параметры экспериментально наблюдаемых автоколебаний хорошо соответствуют изложенным выше представлениям при условии, что колебания слабо воздействуют на параметры первичного пучково-плазменного разряда. Это возможно, если контактная площадь электрода в автоколебательном состоянии ограничена заземленной диафрагмой и много меньше сечения разрядного канала. В противном случае электромагнитные колебания существенно изменяют параметры разрядной плазмы и мгновенную ВАХ. В частности, при дополнительной эмиссии с

поверхности ВЧ-электрода за счет е-е процессов при увеличении контактной площади обогащается высокоэнергетичная группа электронов, а также увеличивается плотность плазмы в разрядном канале. Такой режим, когда контакт охватывает все сечение разряда или его значительную часть, представляет наибольший практический интерес, и его можно назвать автоколебательным вторично-эмиссионным разрядом (АВЭР). При наличии автономного термоэмиссионного катода (электронной пушки ППР) АВЭР носит несамостоятельный характер. Однако, как показано в экспериментах при мощности автоколебаний на уровне 1 кВт и выше, он может принимать и самостоятельный характер.

В четвертой главе рассматривается мощные самостоятельные АВЭР, в которых высокоэнергетичная группа электронов, необходимая для возникновения на ВАХ участка ОДС, формируется и поддерживается за счет высокой вторичной эмиссии, а также под воздействием высокочастотных полей в приэлектродных слоях и разрядном канале. Приводится описание экспериментов с самостоятельным АВЭР в геометрии Пеннинга при противофазном, синфазном и стохастическом автоколебательном режимах работы холодноэмиссионного (автоколебательного) катода. Следует отметить, что в таких режимах при генерации высокочастотных автоколебаний на собственной частоте разрядного канала, переменная составляющая напряжения на катоде, шунтированном малоиндуктивной емкостью, может полностью отсутствовать, но разряд сохраняет выраженный автоколебательный характер. При этом усредненная во времени ВАХ разряда имеет монотонный или даже S-образный вид, а противофазные переменные напряжения существуют в контактном слое и плазменном канале. По удельному поглощению мощности и внешним параметрам такой разряд близок к диффузному дуговому разряду, но с холодным катодом, который в стационарном режиме работы требует интенсивного охлаждения. Разрядный ток достигает значений в десятки ампер (при постоянном ' напряжении 100-200 В и амплитуде переменного напряжения порядка

1000 В). Отметим, что разряд Пеннинга в аналогичных условиях по геометрии и давлению газа поддерживается при напряжении более 1000 В ^ и токе на уровне 10 мА.

В режиме АВЭР повышенной мощности обнаружен эффект индуцированного изменения эмиссионной способности контактной поверхности, который проявляется в срыве генерации ВЧ-автоколебаний с формированием очень высоковольтных стохастических импульсов (с превышением амплитуды ВЧ-колебаний в десятки раз, а постоянного напряжения источника питания - в сотни раз). Высоковольтным импульсам предшествуют генерация нарастающих по амплитуде ВЧ-колебаний и рост

плотности плазмы в приэлектродной области. Процессы в ДС и контактном приповерхностном слое электрода оказываются обратимыми, поскольку после прохождения высоковольтного импульса автоколебания восстанавливаются, и циклы могут повторяться с частотой 0.1-10 кГц в зависимости от параметров внешней части разрядной цепи. При усилении мощности ВЧ-автоколебаний поведение системы представляется аномальным - вместо пробоя контактного слоя и перехода разряда в дуговой режим наблюдается противоположный процесс, а именно происходит быстрое нарастание потенциала поверхности (почти на два порядка по сравнению с равновесным значением в рабочей точке). Величина импульсов в экспериментах достигала 30 кВ и ограничена электрической прочностью вакуумных вводов и элементов цепи. Такие импульсы могут возникнуть только при очень быстром разрыве разрядного тока, т.е. при резком снижении эмиссионного тока и локального максимума на мгновенной N-образной ВАХ. Можно предположить, что резкое уменьшение тока между плазмой и контактной поверхностью при общем росте потока частиц обусловлено снижением коэффициента е-е эмиссии а структурно неизменной поверхностной пленки. Это возможно, если в условиях интенсивного облучения со стороны плазмы она приобретает индуцированные проводящие свойства.

Данный эффект можно объяснить следующим образом. В низковольтной фазе ВЧ автоколебаний происходит интенсивная бомбардировка поверхностной диэлектрической пленки плазменными тепловыми и надтепловыми электронами, сопровождаемая ростом электронной плотности в зоне проводимости. Причем, интенсивность бомбардировки с развитием автоколебаний нарастает, поскольку они усиливают нагрев и ионизацию в разрядной плазме. В фазе нарастания отрицательного смещения в приповерхностном плазменном слое нагрев и генерация носителей в пленке существенно уменьшаются, поскольку тормозящий потенциал ограничивает число и энергию электронов, достигающих поверхности со стороны плазмы. Так как время энергетической релаксации электронов в зоне проводимости (10"13-10'12с) существенно меньше характерного времени изменения потенциала поверхности, эмиссии горячих электронов в этой фазе не происходит. При этом время рекомбинации носителей (порядка 10"8 с) может превышать период следования ВЧ-колебаний, и от цикла к циклу происходит рост плотности холодных свободных электронов на дне зоны проводимости пленки. Фактически, у приповерхностного слоя диэлектрической пленки (на глубине пробега плазменных электронов) появляются индуцированные свойства проводника. В этом слое падает напряженность электрического поля и ослабляется полевой механизм эмиссии, растет поверхностный потенциальный барьер и уменьшается пробег вторичных электронов. Все

это ведет к снижению сг и тока мгновенной ВАХ при малых смешениях потенциала - вплоть до исчезновения локального максимума и участка отрицательного дифференциального сопротивления. В результате автоколебания прекращаются, а ток, отбираемый от источника питания, резко снижается. Поскольку внешняя цепь обладает заметной индуктивностью, на контактной поверхности формируется отрицательный высоковольтный импульс с очень крутыми фронтами - порядка 10шВ/с.

В заключительной части четвертой главы обсуждается применение АВЭР для генерации высокочастотных электромагнитных колебаний, плазменных потоков, а также резонансного и импульсного ускорения ионов.

Рассмотрены схемы эффективных автоколебательных генераторов плазмы на собственной резонансной частоте в режимах коаксиальной линии и плазмозаполненного резонатора. Показано, что в первом случае возникает многомодовый режим с ТЕМ (поперечной электромагнитной волной) волной, а во втором случае возможна генерация геликонных волн, в том числе аксиально симметричной моды. По удельному энерговкладу в разрядный объем и энергетической эффективности ионизации газа такие автоколебательные генераторы плазмы могут значительно превосходить известные емкостные и геликонные системы с питанием от внешних ВЧ-генераторов.

Наиболее важными с практической точки зрения представляются следующие свойства АВЭР:

е-е эмиссия существенно более эффективна по сравнению с i-e эмиссией, характерной для обычных разрядов с холодным катодом, генерируемая в простой разрядной системе постоянного тока ВЧ-мощность может использоваться на внешней нагрузке, а также для дополнительной генерации частиц, резонансного ускорения и управления параметрами плазменных потоков, высокочастотные и высоковольтные импульсы могут использоваться для инициирования и поддержания факельных и дуговых разрядов при повышенном давлении рабочего газа, включая разряды в атмосфере и сжатых газах.

В заключении представлены выводы и основные результаты работы.

1. Разработаны физические основы автоколебательного вторично-эмиссионного разряда (АВЭР) - особой формы газового разряда, которая сопровождается автогенерацией мощных электромагнитных колебаний в разрядной цепи и сочетает свойства пучково-плазменного и ВЧ-емкостного разрядов.

2. Показано, что генерация ВЧ-электромагнитных колебаний, эмиссия электронов, нагрев и ускорение заряженных частиц в режиме АВЭР являются взаимно обусловленными процессами.

3. Построена диаграмма устойчивости разрядов с N-образной В АХ контактного слоя. Определены области существования автоколебательного, триггерного (бистабильного), одновибраторных (моностабильных) режимов.

4. Исследована вторично-эмиссионная неустойчивость с генерацией ВЧ-автоколебаний на собственной резонансной частоте плазменно-поверхностного контакта.

5. Получена и исследована сильноточная самостоятельная форма высокочастотного автоколебательного разряда с противофазной работой холодноэмиссионных катодов.

6. Показано, что в самостоятельном АВЭР с амплитудой изменения потенциала контактной поверхности в сотни вольт и частотой выше обратного времени распада плазмы в низковольтной фазе происходит интенсивная бомбардировка поверхности надтепловыми электронами из разрядного канала, и е-е эмиссия становится основным эмиссионным механизмом, значительно более эффективным по сравнению с i-e эмиссией в традиционных холодноэмиссионных разрядах низкого давления.

7. Экспериментально показано, что контактная поверхность в автоколебательном режиме взаимодействия с плазмой приобретает мгновенный потенциал, который может превышать стационарный плавающий потенциал в сотни и тысячи раз (для положительных и отрицательных импульсов).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. М. Акел, И.В. Визгалов, С.К.Жданов.

Пучково-плазменный разряд в режиме ВЧ-автогенерации *

электромагнитных колебаний. М.: МИФИ / препринт, 010-2000, 2000.-28с.

2. М. Акел, И.В. Визгалов, В.А. Курнаев.

Применение ВЧ-автоколебательного разряда для ускорения ионов. Научная сессия МИФИ, 2001, Т.4, с. 77.

3. М. Акел, И.В. Визгалов, В.А. Курнаев

Встраиваемый масс-анализатор времяпролетного типа для плазменно-пучковой установки ПР-2. Материалы Ш российского семинара "Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды" Москва, МИФИ, 29-30 ноября 2001, с. 40-42.

4. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев.

Автоколебательный ВЧЕ разряд при постоянном напряжении на электродах. XI конференция по физике газового разряда. Рязань 2002. Тезисы докладов, часть 1, с. 94-96.

5. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев. Плазменно-поверхностный ВЧ-генератор электромагнитных колебаний. Инженерная физика 3. 2002. с. 49-54.

6. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев, В.И.Смирнов. Вторично-эмиссионный механизм усиления и генерации электромагнитных колебаний в газовом разряде низкого давления. Девятая научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника». Материалы конференции, секция «Электрофизические процессы в вакууме», Украина, Судак, Сентябрь 2002. с. 219-222.

7. М.Акел, И.В.Визгалов.

Генерация положительных высоковольтных импульсов наносекундного диапазона в ВЧ-автоколебательном разряде. Научная сессия МИФИ-2003, Т. 4, с. 117-118.

8. М.Акел, И.В.Визгалов.

Генерация отрицательных высоковольтных импульсов в ВЧ-автоколебательном разряде. Научная сессия МИФИ-2003, Т. 4, с. 113114.

9. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев.

Генерация ВЧ электромагнитных колебаний и высоковольтных импульсов в неустойчивых приэлектродных слоях. XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 24 - 28 февраля 2003 г.

10. М. Akel, I.V.Vizgalov, V.A.Kurnaev.

Observation of a plasma surface instability in a linear edge plasma simulator. 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, St Petersburg, Russia, July 7-11,2003. P-3,180.

11. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев. Вторично-эмиссионный механизм генерации ВЧ электромагнитных колебаний и высоковольтных импульсов при плазменно-поверхностном взаимодействии. Материалы XVI международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003)" 25-29 августа 2003г. Звенигород, том 2, с. 296-299.

12. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев.

Генерация высоковольтных импульсов напряжения в неустойчивых дебаевских слоях. Материалы 10 научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». Украина, Судак, 2003г. Т. 2, с. 339-342.

13. МЛкел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев

Генерация высоковольтных импульсов напряжения при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии. Известия Академии Наук, серия физическая, 2004, том 68, № 3, с. 435-437.

14. М. Акел, И.В. Визгалов, В.А. Курнаев

Метод автоколебательного зонда для диагностики неравновесной плазмы. Материалы IV российского семинара "современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды" Москва, МИФИ, 12-14 ноября 2003, с. 165-166.

15. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев Вторично-эмиссионный автоколебательный разряд на частоте собственного резонанса. Научная сессия МИФИ-2004, Т. 4, с. 103104.

16. М.Акел, И.В.Визгалов, В.А.Курнаев

Высокочастотный автоколебательный генератор плазменных потоков для комплексной обработки материалов. Научная сессия МИФИ-2004.

i. 167 О

РНБ Русский фонд

2004-4 23952

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Акел, Мохамад

ВВЕДЕНИЕ.

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 В АХ 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.

2.2.1. Экспериментальная конструкция коллекторной системы.

2.2.2. Измерение параметров автоколебаний.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ Экспериментальное и численное исследование ВЧ-автоколебательных режимов пучково-плазменного разряда.48 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 Ы-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.

Введение диссертация по физике, на тему "Электромагнитные колебания при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии"

Взаимодействие плазмы с контактной поверхностью электродов и стенок является важнейшим аспектом физики газовых разрядов и изучается уже много лет. Вопросы, связанные с плазменно-поверхностным 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 ключевым элементам электрической цепи. В данной работе рассмотрена неустойчивость электрического контакта между неравновесной плазмой и поверхностью с повышенной вторично-эмиссионной способностью. Мгновенная ВАХ подобного контакта имеет Г^-образный характер (неоднозначный по току), присущий генераторным и триггерным элементам. Экспериментально такая вторично-эмиссионная (или динатронная) неустойчивость может проявляться в автогенерации мощных как регулярных, так и стохастических электромагнитных колебаний, а также отдельных импульсов. Соответствующие условия могут возникать во многих газоразрядных системах низкого давления, в периферийной области магнитных ловушек, в том числе и при проведении зондовых измерений. С динамическими по вторично-эмиссионному механизму ДС могут быть связаны некоторые особенности аномальных переносов и значительное увеличение (на порядки величины) мгновенного значения падения потенциала в приэлектродном слое по сравнению с его усредненным значением или значением, характерным для стационарного ДС. Возбуждение автоколебаний происходит зачастую неожиданно и существенным образом изменяет работу устройств, стимулируя пробои, ухудшая удержание плазмы и воспроизводимость результатов, поэтому экспериментаторы обычно стараются избегать таких режимов. Систематические исследования процессов, лежащих в основе данной неустойчивости, практически не проводились. Между тем, их изучение позволит развивать методы контроля устойчивости ДС, а также использовать широкие возможности автоколебательных режимов для генерации и ускорения заряженных частиц.

Цель работы состояла: в исследовании механизма положительной обратной связи, ответственного за генерацию электромагнитных колебаний при неустойчивом плазменно-поверхностном взаимодействии, в исследовании условий перехода от стационарного к неустойчивому по вторично-эмиссионному механизму режиму протекания тока между плазмой и контактной поверхностью, в разработке математической модели для расчета параметров автоколебаний, в разработке принципов стабилизации неустойчивости и управления параметрами электромагнитных автоколебаний, в исследовании влияния ВЧ-автоколебаний на пространственные и временные распределения параметров плазмы в разрядном объеме, в разработке автоколебательных методов нагрева и ускорения плазменных и ионных потоков.

Научная новизна работы заключается в том, что выявлены физические основы автоколебательного вторично-эмиссионного разряда (АВЭР) - особой формы газового разряда, которая сопровождается автогенерацией мощных электромагнитных колебаний в разрядной цепи и сочетает свойства пучково-плазменного и ВЧ-емкостного разрядов, построена диаграмма устойчивости разрядов с М-образной ВАХ, впервые проведено исследование вторично-эмиссионной неустойчивости с генерацией ВЧ-автоколебаний на собственной резонансной частоте плазменно-поверхностного контакта, впервые получена и исследована самостоятельная сильноточная форма высокочастотного автоколебательного разряда с противофазной работой холодноэмиссионных катодов, впервые экспериментально показано, что контактная поверхность в автоколебательном режиме взаимодействия с плазмой приобретает мгновенный потенциал, который может превышать стационарный плавающий потенциал в сотни и тысячи раз (для положительных и отрицательных импульсов).

Научная и практическая ценность

Результаты работы могут быть использованы при создании автоколебательных импульсных и резонансных систем ускорения для получения высокоэнергетичных ионных потоков, при разработке газоразрядных генераторов электромагнитных колебаний широкого диапазона частот и быстродействующих переключающих устройств, при создании высокоэффективных источников плазменных потоков в исследованиях аномальных пристеночных переносов в системах магнитного удержания плазмы.

На защиту выносятся: методика оценки устойчивости разрядной системы с Ы-образной ВАХ по вторично-эмиссионному механизму; методика расчета параметров электромагнитных автоколебаний; принцип генерации противофазных высокочастотных электромагнитных колебаний в плазменном канале и приэлектродном слое при неизменных потенциалах на электродах; механизм генерации высоковольтных импульсов напряжения в динамических дебаевских слоях при индуцированном изменении проводящих и вторично-эмиссионных свойств контактных поверхностей; принцип использования автоколебательной системы для нагрева плазмы и ускорения ионных компонентов; положение о том, что вторично-эмиссионный автоколебательный разряд является особой формой самостоятельного сильноточного разряда. Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

• 30 Европейская конференция по физике плазмы и УТС, Санкт-Петербург, Россия, июль 7-11, 2003.

• XVI международная конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003)" 25-29 августа 2003г. Звенигород.

• XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 24 - 28 февраля 2003.

• XI конференция по физике газового разряда. Рязань 2002.

• Научные сессии МИФИ, 2001, 2003, 2004гг. Структура и объем диссертации

Заключение диссертации по теме "Физика плазмы"

Заключение

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

В заключение, хочу выразить глубокую благодарность Сирийскому Комитету по Атомной Энергии за неоценимую постоянную моральную и материальную поддержку.

Я также хочу искренне поблагодарить моего научного руководителя профессора Валерия Александровича Курнаева, а также старшего научного сотрудника Игоря Викторовича Визгалова за неоценимую поддержку в работе, полезные советы и многочисленные обсуждения.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Акел, Мохамад, Москва

1. Файнберг Я.Б. Взаимодействие пучков заряженных частиц с плазмой. Атомная энергия. 1961.Т.11.

2. Лебедев П.М., Онищенко И.Н., Ткач Ю.В., Файнберг Я.Б., Шевченко В.И. Теория плазменно-пучкового разряда. Физика плазмы, 1976, Т.2, вып.З, с.407.

3. Незлин М.В. Динамика пучков в плазме. Москва. Энергоатомиздат, 1982.

4. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. Москва, Наука, 1972.

5. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные устройства. М. Электроника. 1979.

6. Райзер Ю.П., Физика газового разряда. М. Наука. 1987г. 592с.

7. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, главный редактор серии академик В.Е.Фортов, Москва "наука", 2000, Т.2. с. 18.

8. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко H.A. Высокочастотный емкостный разряд. Москва, издательство МФТИ, 1995г.

9. Федоров H.H. Основы электродинамики. М., 1980, Высшая школа.

10. Физика и технология источников ионов. Под редакцией Я. Брауна, перевод с английского под редакцией д.ф.м.н. Е.С. Машковой. Москва. Мир, 1998.

11. Junzo Ishikawa, Toshinori takagi. Beam plasma discharge in a Kyoto beam-plasma-type ion source. J. Appl. Phys. 54 (6), June 1983. pp.2911-2922.

12. Gunell H., Schrittwieser R., Torven S. A localised high frequency discharge formed in an electron-beam-produced plasma. Physics Letters A 241 (1998) 281-286.

13. Волоколупов Ю.Я., Красноголовец M.A. Динамика пучково-плазменного разряда в адиабатической магнитной ловушке. Письма в ЖТФ, 2001, том 27, вып.4.

14. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. Москва. Изд. Наука. 1988.

15. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков A.A., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. Энергоатомиздат, 1989.

16. Визгалов И.В., Курнаев В.А., Тельковский В.Г., и др. Лабораторный практикум по курсу «Физика горячей плазмы и

17. УТС». Под редакцией Тельковского В.Г. Москва. МИФИ, 1995.

18. Гапонов В.И. Электроника, часть 1, физические основы. Москва 1960г.

19. Михайлов A.B., Гусева Г.И., Завьялов М.А., и др. Одномерное газодинамическое моделирование транспортировки электронного пучка в разреженном газе. ЖТФ, 1984, том 87, вып. 3(9), с. 840.

20. Гусева Г.И., Завьялов М.А., Михайлов A.B., Рошаль A.C. Распространение электронного пучка в разреженном газе. Теплофизика высоких температур. 1986, том 24, вып. 66, с. 1205.

21. Гвоздецкий B.C., Коваленко В.П., Парнега И.М. Автоколебания в ограниченной пучково-плазменной системе. ЖТФ, 1986, том 90, № 1, с. 25-34.

22. Исаев Н.В., Кочмарев Л.Ю., Шустин Е.Г. Энергетическое распределение ионов, рассеянных из области пучково-плазменного разряда. Физика плазмы, 1997, том 23, № 10, с. 966969.

23. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л./ Под ред. Калина Б.А. Москва. Круглый год, 2001.528 с.

24. Энгель А.Ф., Штенбек М. Физика и техника электрического разряда в газах, том второй, свойства газовых разрядов технические применения. Перевод с немецкого Д. Канаскова, Э. Рейхруделя и Г. Тягунова под редакцией проф. H.A. Капцова. Москва 1936.

25. Howatson А. М. An introduction to gas discharges. Oxford, 1976.

26. Жданов C.K., Курнаев В.А., Романовский М.К., Цветков И.В. Основы физических процессов в плазме и плазменных установках. М: МИФИ, 2000.260 с.

27. Синкевич O.A., Стаханов И.П. Физика плазмы, Стационарные процессы в частично ионизованном газе. Москва «Высшая школа» 1991. 191с.

28. Graeme G Lister, J. Phys. D: Appl. Phys. 25 (1992) 1649-1680.

29. Minkler R. Microwave Discharges: Fundamentals and Applications. 1993. New York.

30. Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия, — Москва, Наука 1969.

31. В Ковалев.П. Вторичные электроны. М.: Энергоатомиздат, 1987.

32. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Физическая электроника газоразрядных устройств. Эмиссионная электроника: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1992.

33. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1982.- 608 с.

34. Зернов Д.В., Яснопольский H.JI. Электронная эмиссия из диэлектрических слоев при наличии в них сильного электрического поля. Радиотехника и электроника, 1964, N.11.

35. Дирнлей Дж., Стоунхэм А., Морган Д. Электрические явления в аморфных пленках окислов. Успехи физических наук, 1974г. Январь, том 112.вып.1.

36. Кирнев Г.С. Неустойчивости дебаевских слоев и ее влияние на распределение плазменных параметров при взаимодействии плазмы с сильно-эмиттирующей поверхностью. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, М. МИФИ, 1998.

37. Иоффе М.С., Соболев Р.И., Тельковский В.Г., Юшманов Е.Е. ЖЭТФ, 39(1961)43.

38. Козлов О.В. «Электрический зонд в плазме», Атомиздат, Москва, 1969 г.

39. Чена Ф. Сборник «Диагностика плазмы» под редакцией Р.Хаддлстоуна и С.Леонарда Мир, Москва, 1967 г.

40. Чан П., Тэлбот JI., Турян К. «Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме (теория и применение)», Мир, Москва, 1978 г.

41. Демидов В.И., Колоколов Н.Б., Кудрявцев А.А. «Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы», Энергоатомиздат, Москва, 1996 г.

42. Подгорный И.М. Лекции по диагностике плазмы. Атомиздат, Москва, 1968.

43. Соболев В.Д. Физические основы электронной техники. Москва, Высшая Школа, 1979.

44. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, главный редактор серии академик В.Е.Фортов, Москва "наука", 2000, Т.2. с. 480.

45. Stangeby P. The plasma Boundary of Magnetic Fusion Devices // Plasma Physics Series IOP, Bristol and Philadelphia, 200, 717 p.

46. Козлов И.Г. Современные проблемы электронной спектроскопии. Москва, Атомиздат 1978.

47. Vizgalov I.V., Kirnev G.S., Kurnaev V.A., Sarytchev D.V., Savjolov A.S. Penning discharge in regime of RF autogeneration. Proc. Of XXII international conf. On phenomena in Ionized Gases, Toulouse, France, 1997, V.II, p.26.

48. Kirnev G.S., Kurnaev V.A., Vizgalov I.V. Modeling of sheath potential drop instabilities in SOL with the use of PR-2 mirror machine. Transactions of fusion technology, 1999, V35, NIT, fiiste8 (1), p.200.

49. Визгалов И.В. и др. Исследование механизмов зажигания и условий существования самостоятельного ВЧ-втогенерирующегоразряда. VIII-я конференция по физике газового разряда, Рязань, 1996г., 4.1, с.86-87.

50. Vizgalov I.V. et al. 23 Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics, Kiev, 1996, II 835.

51. Визгалов.И.В., Кирнев.Г.С., Курнаев.В.А.// Известия.РАН, сер. Физическая. 1996.Т.60. с. 168.

52. Ерофеев Ю.Н. Основы импульсной техники. Высш.шк.1979.

53. А.В. Недоспасов, В.Д.Хаит. Основы физики процессов в устройствах с низкотемпературной плазмой. Москва, Энергоатомиздат, 1991.

54. Недоспасов А.В., Хаит В.Д. Колебания и неустойчивости низкотемпературной плазмы. Москва, Наука, 1979.

55. Магомедов A.M., Абдуев А.Х. Устойчивые токовые осцилляции при магнетронном распылении оксидных мишеней. Письма в ЖТФ, 1998, том 24, №5.

56. Тихонов А.Н., Васильева А.Б., Свешников А.Г. Дифференциальные уравнения. 3-е изд.- М. Наука. Физматлит, 1998.

57. Понтрягин JI.C. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М. Наука. 1970.

58. Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах. Наука, 1990.

59. Qiu W. D., Bowers К. J. and Birdsall С. К. Electron series resonant discharges: comparison between simulation and experiment. Plasma Sources Sci. Technol. 12(2003) 57-68.

60. Шубин M.A. Лекции об уравнениях математической физики. МЦНМО, Москва, 2001.

61. Кухаркин Е.С. Электрофизика информационных систем. Москва, Высшая школа, 2001.

62. Александров А.Ф., Рухадзе А.А. Лекции по электродинамике плазмоподобных сред. Изд. МГУ, Москва, 1999.

63. Кондратенко А.Н. Плазменные волноводы. Москва, Атомиздат. 1976.

64. Луи де-Бройль. Электромагнитные волны в волноводах и полых резонаторах. Перевод с французского М.С. Головиной, 1948.

65. Трубников Б.А. Теория плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1997.

66. Kenro Miyamoto. Fundamentals of plasma physics and controlled fusion. Japan, 1997.

67. Perry A.J. and Boswell R.W. Appl. Phys. Lett. vol. 22, № 2, 10 July 1989, c. 148-150.

68. Boswell R.W. Plasma Physics and Controlled Fusion, vol. 26, № 10, pp. 1147-1162, 1984.

69. Chen F.F. Plasma Physics and Controlled Fusion, vol. 33, № 4, pp. 339-364,1991.

70. Миллер P. Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц. М. Мир. 1984.

71. Zohm Н. Plasma Physics and Controlled Fusion. 38 (1996) 105.

72. Conner J.W. Plasma Physics and Controlled Fusion. 40 (1998) 191.

73. Кадомцев Б.Б. Основы физики плазмы токамака. Итоги науки и техники, сер. Физика плазмы, Том 10, часть 1, Москва 1991.

74. Александров А.Ф., Рухадзе A.A., Савинов В.П., Сингаевский И.Ф. "Электронный энергетический спектр приэлектродной плазмы асимметричного емкостного ВЧ разряда низкого давления", Письма в ЖТФ 1999. Т.25.В.19.С.32-39.

75. Савинов В.П. "Физические процессы в граничных областях емкостного высокочастотного разряда", Известия РАН. Сер. Физическая. 2003.Т.67.№9.