Физико-химические процессы в плазме наносекундных СВЧ разрядов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Иванов Олег Андреевич

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАЗМЕ НАНОСЕКУНДНЫХ СВЧ РАЗРЯДОВ

01 04 08 - физика плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ООЗ 158803

Нижний Новгород - 2007

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук (г Нижний Новгород)

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор И А Коссый

доктор физико-математических наук, профессор Н Л Александров

доктор физико-математических наук, профессор Г А Марков

1

Ведущая организация Московский государственный /

университет им МВ Ломоносова

Защита состоится « » ноября 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 002 069 02 в Институте прикладной физики РАН (603950 г Нижний Новгород, ул Ульянова, 46)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан « » сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

Ю В Чугунов

Общая характеристика работы

Актуальность исследований

Появление мощных и эффективных источников СВЧ излучения сантиметрового и миллиметрового диапазона (гиротронов и магнетронов) привело к возможности создания и изучения нового типа газового разряда - свободно локализованного разряда в волновых пучках К настоящему времени собрана достаточно полная информация о структуре, механизмах распространения, концентрации и температуре электронов, скорости и величине нагрева газа, изменении его плотности, энерговкладах и степени колебательной неравновесности плазмы разряда, создаваемого в волновых пучках СВЧ излучением умеренной интенсивности и относительно большой (т»10"6с) длительности

Успехи релятивистской СВЧ электроники открыли по существу новый раздел физики газового разряда - исследование ионизационных и кинетических процессов в плазме, создаваемой под воздействием сильных электромагнитных полей наносекундной длительности Достигающиеся в таком разряде высокие осциллят'орные энергии электронов обусловили появление целого ряда эффектов, не наблюдавшихся в полях умеренной интенсивности Так, при пробое газа интенсивными СВЧ импульсами высокая скорость ионизации существенно изменяет пространственно-временную картину развития разряда. Это, в частности, может выражаться в появлении дискретных, не сливающихся между собой очагов ионизации на каждом отдельном первичном электроне, в изменении кинематики волны пробоя В сильном СВЧ поле зависимость сечений элементарных процессов от энергии электронов становится падающей Вследствие этого могут наблюдаться такие эффекты как ионизационное самоканалирование излучения в плазме, несовпадение пространственного распределения электронной концентрации и светимости плазмы в неоднородном поле Существенное влияние на параметры наносекундного разряда оказывают также кинетические процессы, определяющие неустойчивости разрядной плазмы, ее распад, излучатель-ную способность и химическую активность

В наносекундном разряде достигаются высокие плотности электронно-возбужденных частиц, что в значительной мере определяет высокую излу-чательную способность создаваемой таким образом плазмы Поэтому одним из перспективных применений наносекундных СВЧ импульсов является накачка эксимерных лазеров и УФ лазеров на электронных переходах молекул

Наносекундный СВЧ разряд является новым направлением и в исследованиях плазмохимии газовых разрядов Высокие значения приведенного электрического поля в таком разряде способствуют эффективному протеканию процессов, требующих высокой энергии электронов, таких как иониза-

ция, диссоциация и возбуждение электронных уровней молекул и атомов Одновременно, короткая длительность импульсов обеспечивает отсутствие значительного нагрева газа и приводит к закалке образующихся продуктов, предотвращая их термическое разложение Отмеченные особенности делают наносекундный СВЧ разряд весьма близким по своим параметрам и свойствам к барьерному, импульсному коронному и пучковому разрядам, уже нашедшим широкое применение в различных плазмохимических технологиях Не случайно, рассмотренные в диссертации на примере синтеза озона и очистки атмосферы от вредных примесей плазмохимические процессы, протекают в наносекундном разряде столь же эффективно, как и в этих типах газового разряда В то же время, в отличие от перечисленных типов разряда, микроволновый разряд позволяет создавать плазму вдали от стенок реактора на большом удалении от источника излучения и осуществлять плазмохимические процессы в больших объемах (сканированием волнового пучка в пространстве), например, непосредственно в атмосфере Земли Наносекундный разряд характеризуется обилием пространственных форм и структур. Выбирая давление газа, мощность и электродинамическую систему, создающую разряд, можно изменять параметры образующейся плазмы и таким образом оптимизировать эффективность плазмохимических процессов Кроме того, такой разряд хорошо согласован с падающей волной, так что большая часть СВЧ мощности эффективно поглощается в разрядной плазме Эти особенности делают наносекундный СВЧ разряд весьма привлекательным для реализации плазмохимических процессов, протекающих в сильно неравновесной низкотемпературной плазме

Использование волновых пучков предоставляет уникальную возможность получения свободно локализованного наносекундного разряда на значительном удалении от источника СВЧ излучения Эта особенность позволила предложить такой разряд для создания в верхней атмосфере Земли искусственной ионизованной области (ИИО) для ретрансляции и отражения радиоволн [Борисов НД, Гуревич А В], улучшения экологического состояния атмосферы [Аскарьян Г.А , Коссый И А и др.] и диагностики ее малых составляющих, восполнения убыли озона в области локальных озоновых "дыр", создания референтных источников света (искусственной "радиозвезды") в целях компенсации влияния турбулентности атмосферы на работу наземных оптических телескопов

Отметим, что большинство приложений низкотемпературной плазмы предполагает либо непрерывное поддержание разряда, либо использование импульсно-периодического режима с достаточно высокой средней мощностью В случае наносекундного СВЧ-разряда это приводит к необходимости создания недорогих и эффективных источников излучения, способных работать с высокой частотой следования импульсов

Таким образом, разнообразие возможных эффектов и практических приложений разряда, создаваемого излучением большой интенсивности и

малой длительности, делают изучение такого разряда и разработку эффективных СВЧ источников для его создания весьма актуальной задачей

Целями диссертационной работы являлись

1 Изучение специфики ионизационных процессов, протекающих в газах под воздействием СВЧ полей большой интенсивности (в том числе "сверхсильных", когда осцилляторная энергия электронов превышает потенциал ионизации атомов и молекул) и малой длительности, а также их влияния на структуру, динамику и параметры наносекундного разряда, 2. Исследование кинетических и плазмохимических процессов, протекающих в сильно неравновесной плазме наносекундных разрядов в волновых пучках, определяющих ее распад, степень неравновесности, излуча-тельную способность и химическую активность,

3 Анализ перспектив и разработка основ использования свободно локализованного наносекундного СВЧ разряда в лазерной технике, плазмохимии, экологии и исследованиях атмосферы,

4 Разработка новых типов плазменных переключателей и создание на их основе мощных и эффективных компрессоров СВЧ импульсов для генерации плазмы наносекундных разрядов

Научная новизна и научные положения, выносимые на защиту

Наносекундный СВЧ разряд в волновых пучках является новым направлением в исследованиях физики газового разряда Достигаемые в таком разряде высокие осцилляторные энергии электронов е__ (часто значительно превышающие потенциал ионизации атомов и молекул I,) обусловили появление целого ряда эффектов, не наблюдавшихся при пробое газов в полях меньшей интенсивности, где е «ё<11 (е - средняя энергия электронов)

При этом использование волновых пучков предоставляет уникальную возможность получения свободно локализованного наносекундного разряда на значительном удалении от источника СВЧ излучения

Разряд, создаваемый СВЧ излучением большой интенсивности и малой длительности является новым объектом и для плазмохимических исследований газового разряда В плазме наносекундного разряда достигаются высокие плотности электронно-возбужденных частиц и радикалов, поскольку основная часть поглощенной СВЧ энергии идет на ионизацию, диссоциацию и возбуждение электронных уровней молекул и атомов Поэтому плаз-мохимические процессы в сильно неравновесной (вследствие очень малого времени взаимодействия) плазме также имеют свои характерные особенности Разнообразие возможных эффектов и практических приложений стимулировало постановку целенаправленных экспериментальных исследований наносекундного СВЧ разряда в волновом пучке

Научная новизна диссертационной работы определяется полученными оригинальными результатами На защиту выносятся следующие основные научные положения

1 Высокая скорость ионизации и малая длительность импульса, приводят к формированию дискретной (многоплазмоидной) структуры наносекунд-ного СВЧ разряда при высоких (у>а>) давлениях, связанной с пробоем на отдельных затравочных электронах При высоком уровне предыонизации отдельные очаги ионизации либо вообще не возникают, либо быстро сливаются между собой В сильном СВЧ-поле различный характер зависимости сечений ионизации и возбуждения электронных уровней молекул от энергии электронов приводит к несовпадению пространственных распределений светимости и концентрации электронов и задержке оптического излучения относительно СВЧ импульса

2 В сверхсильных полях, в которых энергия осцилляторного движения превышает потенциал ионизации атомов и молекул, происходит насыщение частоты ионизации и снижение констант элементарных процессов (возбуждения электронных уровней, диссоциации и т д) с ростом амплитуды СВЧ-поля Константы большинства процессов падают с увеличением осцилля-торной энергии электронов значительно медленнее, чем в постоянном электрическом поле той же амплитуды. В области насыщения частоты ионизации высокая поступательная скорость электронов, определяемая фазой их рождения в поле электромагнитной волны, и большие градиенты высокочастотного потенциала приводят к появлению порога пробоя по давлению, не зависящего от амплитуды СВЧ поля и определяемого характерным масштабом его неоднородности

3 В неоднородном поле волнового пучка распространение наносекундно-го разряда осуществляется в виде волны пробоя При высокой скорости ионизации на динамику волны пробоя оказывает влияние конечное время распространения электромагнитного излучения В результате происходит смещение области первоначального пробоя из фокальной плоскости пучка в направлении падающего излучения, а в сверхсильных полях возможно распространение разряда "по лучу"

4 Значительная энергия электронов, достигающаяся в наносекундных разрядах и сохраняющаяся после окончания СВЧ импульса из-за высокой степени ионизации и возбуждения газа, приводит к изменению характера распада плазмы в различных газах Так, в азоте и кислороде наблюдается медленный рекомбинационный распад, а в воздухе (на начальной стадии) быстрый экспоненциальный распад плазмы, характерный для диссоциативного прилипания электронов к молекулам кислорода На более поздней

стадии существенное влияние на распад плазмы оказывают процессы прилипания, отлипания электронов и ионной конверсии После разряда низкого давления в сверхсильном СВЧ поле высокая поступательная энергия электронов приводит к стадии дополнительной ионизации, в течение которой энергия электронов снижается до величины потенциала ионизации, и образуется плазма с сильно надкритической плотностью

5 Одним из перспективных применений наносекундного СВЧ разряда является накачка УФ лазеров В наносекундном разряде, создаваемом в газоразрядных трубках и свободном пространстве цилиндрически сходящейся ТЕ волной может быть реализован режим усиления спонтанного излучения и лазерной генерации Использование такого разряда для накачки азотного лазера в газоразрядных трубках большого диаметра позволяет получить длительность лазерной генерации равную длительности СВЧ накачки в результате последовательной генерации лазерного излучения новыми слоями плазмы при распространении разряда от оси к периферии Изменяя давление лазерной смеси, диаметр газоразрядной трубки и величину падающей СВЧ мощности можно эффективно управлять параметрами разряда, добиваясь полного поглощения СВЧ излучения и высокой эффективности лазерной генерации Свободно-локализованный разряд, создаваемый волновыми пучками в атмосфере Земли может быть использован в качестве азотного лазера с дистанционной накачкой, референтного источника света для наземных оптических телескопов и для диагностики малых составляющих атмосферы

6 Причиной возникновения интенсивно излучающих нитей в наносекундном разряде атмосферного давления является ионизационно-перегревная неустойчивость К развитию неустойчивости может приводить быстрый нагрев газа при тушении электронных уровней молекул, эффективно возбуждаемых в разрядной плазме Образование плазменной нити сопровождается ростом параметра ЕЛЧ и концентрации электронов При этом резко возрастает эффективность возбуждения электронных уровней молекул и мощность спонтанного излучения, а также создаются условия для возникновения инверсной населенности и режима усиления УФ излучения вдоль оси плазменной нити

7 Динамика озона в наносекундном разряде в кислороде существенным образом зависит от длительности, частоты повторения и энергии СВЧ импульсов Снижение эффективности генерации озона с ростом частоты повторения и длительности импульсов обусловлено нагревом газа и поддержанием в разряде высокой концентрации атомов кислорода Важную роль в формировании стационарной концентрации озона в импульсно-периодическом разряде в кислороде играют также колебательное возбуж-

дение молекул озона и диффузия, влияющая на баланс колебательной энергии Существуют оптимальные условия по приведенному электрическому полю (ЕЛМ~10"15 В см2) при которых на диссоциацию кислорода в разряде идет максимально возможная доля энергии СВЧ импульса

8 В воздухе и азотно-кислородных смесях существенное влияние на процесс синтеза озона оказывает наработка в разряде высоких концентраций атомов, электронно и колебательно возбужденных молекул азота В свободно локализованном СВЧ разряде, когда продукты плазмохимических реакций быстро покидают разрядную область, возможна эффективная генерация озона в коротких наносекундных импульсах Увеличение длительности и частоты повторения импульсов приводит, вследствие накопления в разрядной области окислов азота, к разрушению образованного на начальной стадии озона. Образование окислов азота связано с ростом поступательной и колебательной температуры газа при увеличении энерговклада в разряд Понижение температуры газа приводит к росту эффективности образования озона и снижению наработки окислов азота Эффективность диссоциации кислорода существенным образом зависит от электродинамической структуры разряда Так, энергетическая цена образования молекулы озона в наносекундном разряде в поле плоской стоячей волны, обеспечивающей более эффективное поглощение СВЧ энергии, ниже, чем в сходящейся цилиндрической ТЕ-волне

9 При создании в атмосфере Земли искусственной ионизованной области (ИИО), в зависимости от выбранного режима поддержания наносекундного СВЧ-разряда, могут нарабатываться различные малые составляющие, представляющие интерес для изучения их влияния на озоновый слой Эффективная генерации озона в ИИО может быть осуществлена на высоте 20-25 тем излучением 3-см диапазона длин волн с напряженностью электрического поля в области пересечения пучков 4-6 кВ/см СВЧ-импульсами длительностью 30-50 не В этом случае имеются значения удельных энерговкладов, при которых соотношение концентраций озона и окислов азота в разряде близко к их отношению в невозмущенной атмосфере (~103), а энергоцена образования одной молекулы озона составляет величину ~ 30 эВ Оптимальным для генерации озона режимом воздействия на атмосферу является небольшая серия наносекундных импульсов при последующей смене местоположения ИИО путем сканирования волновыми пучками в максимуме естественного озонного слоя.

10 Механизмы разрушения фреонов (СРС) в наносекундном коронном и СВЧ разрядах имеют близкую природу, определяемую высокой долей энергии электронов, идущей на ионизацию и диссоциацию молекул при высоких значениях параметра Е/И в этих разрядах Существенную роль в раз-

рушении фреонов при низких энерговкладах играют процессы диссоциации с участием заряженных частиц, а также реакции с атомами кислорода Разрушение фреонов в наносекундных разрядах происходит преимущественно в областях занятых плазмой, а энергозатраты на разрушение одной молекулы СБС при невысоком содержании фреона оказываются ниже, чем в СВЧ разрядах большей длительности На начальной стадии обработки смеси, содержащей фреон, происходит разрыв С-С1 и С-С связей в молекулах СРС, а лишь затем разрушаются более прочные С-Б связи в обогащенных фтором продуктах реакций Преобладающим продуктом на конечной стадии процесса обработки являются молекулы хлора, число которых близко к числу разрушенных молекул СБС

11 Перспективным источниками микроволнового излучения для создания наносекундных разрядов являются компрессоры СВЧ импульсов Увеличение мощности сжатых СВЧ импульсов может быть достигнуто при использовании высокодобротных резонаторов, возбуждаемых на модах типа ТЕ0П, с низкими омическими потерями Требованиям, предъявляемым к коммутаторам мощных СВЧ компрессоров, работающих на таких модах, в значительной мере отвечают плазменные переключатели, обладающие резонансными свойствами Выбором соответствующих параметров переключателя (давления и рода газа, диаметра газоразрядных трубок, амплитуды высоковольтного импульса) можно обеспечить время создания и плотность плазмы, необходимые для эффективного вывода СВЧ энергии из компрессора В схеме двухканального компрессора продемонстрировано когерентное сложение сжатых в каждом из каналов СВЧ импульсов и достигнуты рекордные для 3-сантиметрового диапазона длин волн параметры сжатая

Научная и практическая значимость

Наносекундами СВЧ разряд, является новым объектом в исследованиях физики и химии газовых разрядов Высокие значения приведенного электрического поля в таком разряде способствуют эффективному протеканию процессов, требующих высокой энергии электронов, таких как, ионизация, диссоциация и возбуждение электронных уровней молекул и атомов Одновременно, короткая длительность импульсов обеспечивает отсутствие значительного нагрева газа и закалку образующихся продуктов, предотвращая их термическое разложение Отмеченные особенности, делают наносекунд-ный СВЧ разряд перспективным для применения в различных плазмохими-ческих технологиях Так, рассмотренные в диссертации, процессы синтеза озона и разрушения фреонов могут быть использованы при разработке газоразрядных методов очистки газовых выбросов и атмосферы от загрязнений

Применение волновых пучков позволяет зажигать свободно локализованный разряд на значительном удалении от источника СВЧ излучения

Наносекундный СВЧ разряд может быть использован для создания в атмосфере Земли искусственной ионизованной области в целях ретрансляции и отражения радиоволн, улучшения экологического состояния атмосферы и диагностики ее малых составляющих, восполнения убыли озона в области локальных озоновых "дыр", создания референтных источников света (искусственной "радиозвезды") для компенсации влияния турбулентности атмосферы на работу наземных телескопов

Другим возможным применением неравновесной плазмы, создаваемой наиосекундными СВЧ импульсами, является накачка эксимерных лазеров и УФ лазеров на электронных переходах молекул

Разработанные для создания наносекундного разряда компрессоры СВЧ импульсов, наряду с использованием в плазменных технологиях, могут найти широкое применение в радиолокации и ускорительной технике Так, в настоящее время, проводятся испытания разработанного СВЧ компрессора на стэндфордском ускорителе (SLAC)

Апробация результатов

Данная диссертационная работа выполнена в Институте прикладной физики РАН (г Нижний Новгород) В общей сложности по теме диссертации опубликованы 22 статьи в ведущих российских и зарубежных научных журналах, 6 статей в тематических сборниках и книгах, 31 доклад в трудах отечественных и международных конференций, издана 1 коллективная монография и получен 1 патент

Основные результаты диссертации докладывались на Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах (Суонси, 1987, Белград, 1989, Пиза, 1991, Бохум, 1993, Хобокен, 1995, Тулуза, 1997, Варшава, 1999), Европейских конференциях по атомной и молекулярной физике в ионизованных газах (Лиссабон, 1988, Орлеан, 1990), Международном симпозиуме по физике плазмы и технологиям (Прага, 1995), Международных совещаниях по мощному излучению в плазме (Нижний Новгород, 1994, 2003, 2005), Международном совещании по высокочастотному разряду в волновых полях (Ташкент, 1992), Международной конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2006), Всесоюзном семинаре по высокочастотному пробою газов (Тарту, 1989), Всесоюзных конференциях по физике низкотемпературной плазмы (Минск, 1991, Петрозаводск, 1995, 2004), конференции по взаимодействию электромагнитных излучений с плазмой (Ташкент, 1985), конференции по физике и технике плазмы (Минск, 1994), Международных конференциях по развитию концепции ускорителей (Вес-Лоусон, 1998, Нью-Йорк, 1999, Мелвилл, 2003, Стоун-Брук 2004, Нью-Йорк, 2005), Международном совещании НАТО по квазиоптическому контролю мощных микроволн (Нижний Новгород, 2005)

Личный вклад соискателя

Опубликованные работы написаны в соавторстве с сотрудниками, принимавшими участие в исследованиях Автором внесен определяющий вклад в постановку, проведение и анализ представленных в работах [2, 6, 10, 20, 21, 28, 30, 35, 37, 39, 40, 43, 49] экспериментов Автором внесен основной вклад в построение теоретической модели азотного лазера с СВЧ накачкой [25, 29] В работах [24, 45] автор принимал участие в постановке задачи и обсуждении полученных результатов В работах [5, 9, 17, 22, 38, 44, 46, 51, 55,61] вклад всех соавторов равноценен

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения и изложена на 352 страницах, включая 196 рисунков, 15 таблиц и список цитируемой литературы из 371 наименования

Краткое содержание диссертации

Первая глава посвящена описанию экспериментальных установок для создания наносекундного СВЧ разряда и методов диагностики, применявшихся при его изучении Исследования проводились на нескольких экспериментальных установках, в состав которых входили СВЧ генераторы, квазиоптические преобразователи излучения в гауссов пучок, вакуумные камеры с системой откачки и напуска газов, диагностическая аппаратура В качестве источников СВЧ излучения в большинстве экспериментов использовались мощные генераторы (карсинотроны) на релятивистских электронных пучках Поскольку установки на основе таких генераторов представляют собой сложные в эксплуатации и дорогостоящие технические комплексы, использовались также и другие (альтернативные) источники нано-секундных СВЧ импульсов Так, при изучении кинетических процессов в наносекундном разряде при большой частоте следования импульсов применялись стандартные генераторы микроволнового излучения (магнетроны) и устройства сжатия импульсов (СВЧ компрессоры) В ряде экспериментов для моделирования плазмохимических процессов в наносекундном СВЧ разряде использовались установки на основе наносекундных коронного и барьерного разрядов

В п 1 1 описываются экспериментальные стенды, в которых источником СВЧ излучения служили карсинотроны на релятивистских электронных пучках, создаваемых сильноточными линейными ускорителями Большинство экспериментов проводилось по традиционной для исследования свободно локализованного СВЧ разряда схеме, когда мощное микроволновое излучение трансформировалось в волновой пучок с квазигауссовым распределением поля по поперечной координате и затем фокусировалось в центр вакуумной камеры или на кварцевую трубку (колбу) с помощью ди-

электрической линзы или металлического зеркала Приводятся параметры и режимы работы релятивистских СВЧ генераторов и диагностические методы их контроля При проведении экспериментов использовались карсино-троны 8-мм и 3-см диапазона длин волн, с длительностью импульсов от 5 до 200 не и мощностью от 10 до 500 МВт, которые позволяли создавать и исследовать наносекундный СВЧ разряд в различных газах в широком диапазоне давлений 0,2 < р < 800 Тор В п 1 1 1 описана установка, на которой проводились измерения частоты ионизации при пробое газа в фокусе волнового пучка Приведены распределения "невозмущенной" амплитуды электрического поля в области пробоя для различных экспериментов Максимальная напряженность электрического поля в фокусе волнового пучка, в зависимости от типа используемого генератора, составляла величину Е01= 15 кВ/см, Ео2= 20 кВ/см или Еоз= 120 кВ/см Частота ионизации в различных газах определялась на основании измерений времени развития пробоя и СВЧ мощности в волновом пучке

Исследование кинетических и гогазмохимических процессов в наносе-кундном разряде потребовало некоторого изменения схемы создания разряда (п 1 1 2). В ряде экспериментов протяженный СВЧ разряд создавался полем цилиндрической ТЕ-волны, формируемой с помощью короткофокусного зеркала в виде параболического цилиндра С одной стороны, это облегчало диагностику возбужденных молекул и продуктов плазмохимиче-ских реакций методом абсорбционной спектроскопии, а с другой стороны, такая схема представляется наиболее перспективной для ряда практических приложений (например, ее реализация позволила создать и исследовать УФ лазер с СВЧ накачкой) В другой серии экспериментов, с помощью металлического зеркала формировалась квазиплоская стоячая электромагнитная волна, и разряд представлял собой набор плазмоидов, локализованных в пучностях стоячей волны Такая геометрия соответствовала разряду в пересекающихся волновых пучках Разряд зажигался в центре сферической кварцевой колбы объемом ~ 1500 см3, стенки которой охлаждались жидким азотом Температура газа устанавливалась равной температуре стенок и могла изменяться в диапазоне Т = 200-300 К, что позволяло исследовать плазмохимические процессы при температурах газа, соответствующих верхней атмосфере В экспериментах использовался релятивистский карси-нотрон 8-миллиметрового диапазона длин волн, генерирующий СВЧ импульсы мощностью Р и 10-15 МВт, длительностью т = 5 не и частотой повторения Р = 1-10 Гц

В п 1 1 3 описана установка для изучения процессов ионизации в сверхсильных СВЧ полях Среднеквадратичная напряженность электрического поля в фокусе волнового пучка достигала значений Е=70-120 кВ/см, а ос-цилляторная энергия электронов (в области низких давлений V < со) существенно превышала потенциал ионизации атомов и молекул, и составляла величину £ = е2Е2/2тш2 ~ 1,2-3,5 кэВ В этом случае пробой мог первона-

чально произойти вне области максимального поля, приводя к экранировке фокальной области пучка Поэтому для локализации пробоя применялся импульсный напуск газа в область фокуса волнового пучка непосредственно перед посылкой СВЧ излучения Для этого использовались быстродействующие управляемые вакуумные клапаны, которые обеспечивали различное соотношение масштабов неоднородности плотности газа А\ и электрического поля ДЕ в пучке

В п. 1.2 описывается установка для создания наносекундного разряда с использованием активного компрессора СВЧ импульсов Метод компрессии основан на накоплении электромагнитной энергии в высокодобротном резонаторе в течение длительного времени и последующем быстром ее выводе к нагрузке с помощью специальных переключателей В отличие от дорогостоящих и сложных в эксплуатации релятивистских СВЧ генераторов, этот метод позволяет использовать для получения наносекундных СВЧ импульсов мощностью до нескольких сотен мегаватт серийные генераторы (магнетроны) со сравнительно невысоким уровнем выходной мощности и большой (микросекундной) длительностью импульса В п 1 2 1 дан краткий обзор конструкций и параметров существующих СВЧ компрессоров Применение компрессора позволило исследовать плазмохимические процессы в наносекундном разряде при высоких (до 103 Гц) частотах повторения импульсов Конструкция компрессора и экспериментальной установки, на которой проводились эти исследования, рассмотрены в п 1 2 2

В п 1 2 3 приводится описание экспериментальных установок для исследования плазмохимических процессов в импульсных коронном и барьерном разрядах Эксперименты с этими разрядами рассматривались как простой и удобный способ моделирования плазмохимических процессов в импульсно-периодическом наносекундном СВЧ разряде, при создании искусственной ионизованной области в верхней атмосфере Кроме того, нано-секундный коронный разряд представляет и самостоятельный интерес для многих практических приложений, где требуются эффективные источники химически активной неравновесной плазмы

Параграф (п 1 4) посвящен описанию методов диагностики используемых при исследовании наносекундного СВЧ разряда Пространственно-временная эволюция наносекундных разрядов является весьма сложной Она характеризуется быстрым нарастанием концентрации электронов и возбужденных частиц, движением границ разряда (фронта ионизации) со скоростями близкими, а иногда и превышающими скорость света, возникновением в пространстве очагов ионизации, связанных с пробоем газа на отдельных первичных электронах Малая длительность и высокая скорость протекания этих процессов в разрядной плазме предъявляет жесткие требования к временному и пространственному разрешению используемых методов Другие процессы, такие как деионизация плазмы и различные химические превращения наблюдаются в течение более длительного времени,

что позволяет применять для их изучения традиционные методы диагностики низкотемпературной плазмы

При изучении параметров плазмы применялись следующие методы диагностики

-измерения пробойных полей и частот ионизации проводилось по отсечке прошедшего через разрядную плазму сигнала с помощью быстродействующих германиевых детекторов на горячих носителях Факт пробоя газа регистрировался также по появлению свечения с помощью фотоэлектронных умножителей и фотокатодов с наносекундным разрешением,

-фотографические методы использовались для изучения структура разряда,

-для исследования пространственно-временной эволюции разряда (места формирования, направления и скорости перемещения границ пробоя) использовался метод скоростной фоторегистрации с применением фотоэлектронного регистратора ФЭР-7,

-для измерения концентрации электронов использовались интерферо-метрический (применялись интерферометры 8-мм и 3-см диапазона длин волн) и резонаторный методы микроволновой диагностики (использовался открытый резонатор 8-мм диапазона),

-изучение распределения электронов по энергиям в плазме низкого давления проводилось с помощью многоканального анализатора, позволявшего регистрировать энергетические спектры электронов за один СВЧ импульс,

-исследование изменения химического состава плазмы проводилось методом абсорбционной спектроскопии в УФ и ИК диапазонах длин волн В ряде экспериментов, для анализа образующихся в разряде продуктов гшаз-мохимических реакций использовался высокочувствительный метод внут-рирезонаторной лазерной спектроскопии Для изучения спектральных характеристик использовались спектрографы, монохроматоры с фотоэлектрической регистрацией и многоканальный оптический спектранализатор ОУА-284,

- для определения колебательной и поступательной температуры газа в разряде применялся метод эмиссионной спектроскопии Измерения проводились на основе анализа вращательных и колебательных спектров второй положительной системы азота В ряде экспериментов температура газа измерялась манометрическим методом (по изменению давления в разрядной камере) с помощью специально разработанного высокочувствительного манометра

Во второй главе представлены результаты экспериментального исследования специфики пробоя газа при большой интенсивности и малой длительности высокочастотного импульса Эта специфика обусловлена необходимостью использования высоких значений амплитуды электрического поля, что, с одной стороны, требует проведения измерений скорости иони-

зации газа в сравнительно слабо изученной области больших энергий ос-цилляторного движения электронов, а с другой - благодаря высоким значениям этой скорости существенно изменяет пространственно-временную картину развития разряда В частности, последнее выражается в появлении дискретных, не сливающихся между собой очагов, ионизации на каждом отдельном первичном электроне и изменении кинематики волны пробоя в сверхсильном СВЧ поле Рассматриваемые в этой главе процессы оказывают существенное влияние на структуру и динамику паносекундного разряда, определяя параметры разрядной плазмы, характер ее распада, излуча-тельную способность и химическую активность

В параграфе 2 1 рассматриваются ионизационные процессы, протекающие в различных газах под воздействием СВЧ импульсов высокой интенсивности В п 2 1 1 излагаются основы теории импульсного пробоя газа для разрядных систем с различной геометрией области локализации СВЧ поля Приводятся простые феноменологические соотношения для оценки величины пробойных полей и частоты ионизации в широком диапазоне приведенного электрического поля В п 2 1 2 изложены основные положения современной кинетической теории ионизации газов, вытекающие из анализа функции распределения электронов по энергии (ФРЭ). Отмечается, что с ростом амплитуды поля все более существенное влияние на формирования ФРЭ оказывает процесс ионизации. При этом частота ионизации увеличивается с ростом амплитуды поля, достигает максимума, связанного с падением сечения ионизации при высоких энергиях электронов, и затем начинает медленно падать Зависимость частоты ионизации от напряженности электрического поля оказывается различной для области параметров со » v и о « v В сверхсильных полях колебательная энергия электронов становится много больше потенциала ионизации нейтральных частиц В этом случае ионизация производится непосредственно осциллирующими электронами, а ФРЭ может быть представлена функцией равнораспределения электронов по начальным фазам их рождения в поле СВЧ волны [А А Рухадзе и др ] При этом частота ионизации начинает превышать среднюю частоту соударений электронов с нейтралами vi > V

В параграфе (п 2 2 1) приводятся результаты измерений частоты ионизации при средних и высоких давлениях в различных газах в широкой области значений приведенного электрического поля Е/р=10-103 В/см Тор, а также в сверхсильном поле (п 2 2 2) при низких давлениях (со » v), когда осцилляторная энергия электронов превышает потенциал ионизации молекул и достигает значений 1,2-3,5 кэВ В экспериментах зарегистрировано насыщение зависимости частоты ионизации от амплитуды СВЧ поля в области значений параметра Е/ю=5 10"7-2 10"6 В/см с Приводится сравнение данных эксперимента с результатами других авторов и численными расчетами частоты ионизации в сильных полях, рис 1 В п 2 2 3 рассматривается

влияние пространственной неоднородности сверхсильного высокочастотного поля на пороговые характеристики пробоя в сильно разреженном газе В области насыщения частоты ионизации обнаружено существование нижней границы пробоя по давлению, связанной с высокой поступательной скоростью электронов и действием пондеромоторной силы Величина порогового давления не зависела от амплитуды поля и определялась характерным масштабом его неоднородности Установлено, что граница порогового давления, при котором возможен пробой, сдвигается в область более низких давлений с ростом уровня предварительной ионизации газа Представлена физическая интерпретация наблюдаемых эффектов и сопоставление с данными эксперимента Измерения энергетического спектра электронов в разлетающейся разрядной плазме (п.2 2 5) подтвердили наличие электронов с высокой (~ нескольких кэВ) энергией при пробое газа в сверхсильном СВЧ поле

Результаты исследования динамики и структуры наносекундного разряда в различных газах приведены в параграфе 2 3. Обнаружено, что высокая скорость ионизации и малая длительность импульса, приводят к формированию дискретной (многоплазмоидной) структуры разряда при высоких дaвл¿нияx, связанной с пробоем на отдельных затравочных электронах Определены критерии перехода от дискретной структуры разряда к однородной Обсуждаются механизмы вытягивания плазмоидов вдоль вектора электрического поля в области высоких давлений Установлено, что в сильных полях на кинематику волны пробоя оказывает влияние конечное время распространения СВЧ излучения вдоль оси волнового пучка, приводящее к смещению области первоначального пробоя из фокальной плоскости в направлении падающего излучения В п 2 4 приводятся результаты экспериментов по исследованию динамики разряда в сверхсильном поле в области низких давлений газа, демонстрирующие эффекты, связанные с высокими энергиями электронов Показано, что различный характер зависимости сечений ионизации и возбуждения электронных уровней молекул от энергии электронов (в области 20-100 эВ сечение ионизации растет, а сечение возбуждения падает) приводит к наблюдаемому в экспериментах несовпадению пространственных распределений светимости и концентрации электронов, а также задержке оптического излучения относительно СВЧ импульса Приведены результаты упрощенного расчета констант различных элементарных процессов в сверхсильном поле Отмечается, что константы большинства процессов в СВЧ поле уменьшаются с увеличением энергии электронов значительно медленнее, чем изменяется сечение соответствующего процесса, и чем это происходит в постоянном поле той же напряженности

И/а, в с/см

Рис 1. Частота ионизации в азоте (1-4) и гелии (5-7) Д, о, Ж, наш эксперимент и расчет (кривые 1 и 2), кривые 3,5- данные [Карфидое ДМ], кривые 4, 6,7 - расчеты других авторов [РухадзеА А, Гуревич А В]

Ne/Ne

0 --1—I |||||| „ I л. < I « I И 1-

10'2 10"' 1 р,Тор

Рис. 2 Зависимость максимальной (достигающейся после мощного накосекундного СВЧ импульса) концентрации электронов от давления

В п2 5 приводятся результаты исследования процессов релаксации плазмы после наносекундного СВЧ разряда Установлено, что после пробоя газа низкого давления (<й»у) сверхсильным СВЧ полем в разрядной плазме остаются электроны с высокой (превышающий потенциал ионизации) энергией В результате концентрация электронов в области пробоя продолжает возрастать в течение продолжительного времени (0,5 "И мкс) и достигает величин, в 5 "И 0 раз превышающих критическую для падающего излучения, рис 2 Заметный рост плотности плазмы после наносекундного СВЧ импульса связан с продолжающимся процессом ионизации в течение времени релаксации энергии электронов Представлена физическая интерпретация наблюдаемого эффекта и сопоставление, сделанных на ее основе оценок, с данными эксперимента

В следующих параграфах приводятся результаты исследования распада плазмы после наносекундного СВЧ разряда в широкой области давлений р=Ю"2-*-60 Тор в различных газах (воздух, N2, 02, Аг, Не) Установлено, что значительная энергия электронов (Те~1-Н0 эВ), сохраняющаяся в распадающейся плазме из-за высокой степени ионизации и возбуждения газа приводит к изменению характера деионизации плазмы в различных газах Так, в азоте и кислороде наблюдается медленный рекомбинационный распад, а в воздухе (на начальной стадии) обнаружен быстрый экспоненциальный распад плазмы, характерный для диссоциативного прилипания электронов к молекулам кислорода На основании численного моделирования показано, что наряду с процессами прилипания и отлипания электронов существенное влияние на распад плазмы оказывают процессы ионной конверсии, приводящие к образованию ионов, обладающих высоким коэффициентом рекомбинации и устойчивых к процессу отлипания, рис 3

Ыь, СМ-3

Рис. 3 Рассчитанные зависимости электронной концентрации (давление воздуха р = 60 Тор) 1 и 2 - без учета и с учетом процесса отлипания электронов, соответственно, 3-е учетом образования комплексных отрицательных ионов и отлипания электронов, х - эксперимент

МКС

Отмечается, что высокая энергия электронов на стадии распада плазмы при средних давлениях может быть обусловлена передачей электронам энергии при столкновении с метастабильными молекулами азота (удары 2-го рода) Приводятся результаты измерений температуры электронов в распадающейся плазме наносекундного разряда подтверждающие вывод о наличии у электронов высокой энергии (п 2 6)

Третья глава посвящена изучению процессов, определяющих оптическое излучение разрядной плазмы, создаваемой с помощью волновых пучков, и анализу перспектив практического использования наносекундного разряда в качестве источника мощного УФ излучения Одной из наиболее характерных особенностей наносекундного СВЧ разряда является эффективное возбуждение электронных уровней молекул На их возбуждение при высоких значениях амплитуды приведенного электрического поля расходуется (наряду с ионизацией) значительная доля поглощаемой в плазме разряда энергии. Например, при величине приведенного электрического поля ЕЛЧ ~ З'Ю'15 В см2 до 80% вложенной в разряд энергии идет в электронные степени свободы [Дятко НА и др ] Большая плотность электронно-возбужденных частиц в разряде в значительной мере определяет высокую излучательную способность создаваемой таким образом плазмы Отметим, что при высоких значениях параметра ЕЛЧ наиболее эффективно возбуждаются высоколежащие электронные уровни молекул и атомов излучение которых лежит в ультрафиолетовой области спектра Поэтому одним из возможных применений создаваемой наносекундными СВЧ импульсами неравновесной плазмы является накачка эксимерных лазеров и лазеров на электронных переходах молекул Генерируемое разрядом УФ излучение может также оказывать заметное влияние на протекающие в плазме химические процессы

В п 3 1 представлен краткий обзор экспериментальных исследований, посвященных возбуждению УФ газовых лазеров с помощью разряда, формируемого мощным СВЧ излучением Основными достоинствами этого метода являются технологичность транспортировки и ввода СВЧ энергии в лазерное устройство, эффективность поглощения электромагнитной энер-

гии в плазме разряда, достижение высоких удельных мощностей накачки (105-10 Вт/см ), отсутствие неустойчивостей инициируемых электродами и продолжительное сохранение чистоты рабочей смеси из-за отсутствия электродов

До проведения настоящих исследований, в основном, рассматривались волноводные конструкции лазеров с СВЧ накачкой При этом в наиболее распространенной схеме УФ лазер возбуждался продольным СВЧ разрядом в одномодовом волноводе Существенным недостатком такой конструкции является ограничение на величину транспортируемой по волноводному тракту СВЧ мощности, связанное с пробоем газа или мультипакторным разрядом (при вакуумировании волноводов) и неоднородное по длине лазерной трубки возбуждение активной среды Эти особенности волноводных лазеров приводят к уменьшению поглощаемой в разряде СВЧ энергии и, соответственно, мощности лазерного излучения

Успехи современной высокочастотной электроники в значительной мере связаны с разработкой генераторов, использующих многомодовые, сверхразмерные электродинамические системы Вывод энергии из таких приборов обычно осуществляется в виде волнового пучка, а для его транспортировки используются зеркальные линии Поэтому, увеличение энерговклада в разряд может быть достигнуто при переходе от волноводных элементов к квазиоптическим СВЧ системам, в которых в значительной мере снимаются ограничения на величину транспортируемой мощности. В п 3 2 рассматриваются два варианта использования излучения релятивистского СВЧ генератора для накачки УФ-лазеров, отвечающие случаям поперечного и продольного возбуждения активной среды В первом случае накачка осуществлялась с помощью свободно локализованного СВЧ разряда в поле сходящейся цилиндрической ТЕ-волны Во втором, газоразрядная трубка располагалась непосредственно в выходном сверхразмерном волноводе релятивистского СВЧ генератора Приводятся результаты экспериментов по возбуждению УФ лазеров (азотного на переходах С3П„(1>=0)-В3Пг(у=0) 2+-системы азота и эксимерного ХеС1 лазера) излучением релятивистского генератора в широком диапазоне СВЧ мощностей и давлений лазерной смеси (р=10-760 Тор) Достигнутая в экспериментах мощность генерации азотного лазера составляла величину 60-70 кВт для поперечной схемы накачки и 100-120 кВт для продольной Эффективность генерации, определяемая как отношение мощности лазерной генерации к мощности СВЧ излучения, составляла величину 10"4-*-10"3, а удельный энергосъем равнялся 0,5-5-2 Дж/атмл Установлено, что при возбуждении лазерной смеси с помощью цилиндрической ТЕ-волны в газоразрядных трубках большого диаметра происходит последовательная генерация лазерного излучения слоями плазмы расположенными на различных расстояниях от оси В результате этого происходит удлинение лазерного импульса и увеличе-

ние мощности генерации Лазерная генерация наблюдалась и в свободно локализованном (без трубки) разряде в воздухе, в режиме усиления спонтанного излучения Максимальная мощность УФ излучения достигала значений (1 — 3) кВт, а удельный энергосъем составлял величину (50-г-150) Вт/см3 Таким образом, в этих экспериментах была продемонстрирована возможность создания атмосферного лазера с дистанционной СВЧ накачкой

В п 3 3 приводятся результаты экспериментального исследования динамики населенностей уровней С3ПЦ и В3П8, играющих существенную роль в кинетике азотосодержащей плазмы и в значительной мере определяющих излучение наносекундного СВЧ разряда (2+-система азота) По оригинальной методике с использованием поглощения УФ излучения, генерируемого самим исследуемым разрядом, измерена константа тушения нижнего лазерного уровня B3ng( V =0)

В параграфе (п 3 4) подробно анализируется работа азотного лазера, возбуждаемого с помощью волнового пучка Представлены результаты численного моделирования азотного лазера, возбуждаемого наносекундным СВЧ разрядом в поле цилиндрической ТЕ волны в газоразрядной трубке и в свободном пространстве и обсуждаются эффекты, к которым приводит движение границы разряда при увеличении длительности СВЧ импульса Концентрация электронов рассчитывалась на основе уравнения ионизаци-онно-рекомбинационного баланса, а величина электрического поля (при медленно меняющейся в масштабе 1/ю концентрации электронов) из уравнения Гельмгольца для комплексной амплитуды поля с комплексной диэлектрической проницаемостью плазмы. Мощность индуцированного излучения из единицы объема определялась для 2+ системы азота (переход С3ПЦ( V =0)-В3П„( У=0), длина волны УФ излучения Х=337,1 нм) в рамках упрощенной кинетической модели [W.A Fitzsimmons, LW.Anderson etal]. Для этого уравнения для концентрации электронов и амплитуды электрического поля дополнялись уравнениями баланса для населенностей верхнего Nc( V =0) и нижнего NB( V =0) лазерных уровней и плотности фотонов Nph Численная модель строится весьма близкой к условиям, реализуемым в эксперименте, что дает возможность сравнения результатов расчета с экспериментальными данными, рис 4 На основании расчета определена самосогласованная пространственно-временная эволюция электромагнитного поля, электронной концентрации, населенностей лазерных электронных уровней азота, а также мощности спонтанного и индуцированного излучения Показано, что динамика разряда и лазерного излучения существенным образом зависят от величины приведенного электрического поля E/N в падающей волне На начальной стадии пробоя концентрация электронов возникает в центре разряда и плавно спадает к его периферии. С течением времени поле на оси разряда уменьшается вследствие поглощения и отражения

СВЧ мощности и возрастает на его границе, что приводит к уширению распределения концентрации электронов В результате такой динамики индуцированное УФ излучение также первоначально возникает на оси разряда, а затем смещается вдоль радиуса, рис 5 Результаты расчетов находятся в хорошем качественном и количественном соответствии с данными эксперимента Проведенный анализ показал, что путем подбора давления лазерной смеси, диаметра газоразрядной трубки и величины падающей СВЧ мощности можно эффективно управлять параметрами разряда, добиваясь почти полного поглощения СВЧ излучения и высокой эффективности лазерной генерации

Рт„ Ю4Вт

Рис 4 Форма импульса лазера Рис 5. Пространственное распределение мощности 1 - расчет; 2 - эксперимент индуцированного излучения в различные моменты

времени для разряда в трубке при Е</р=200 В/см Тор 1 - 3 не, 2 - 5 не, 3 - 10 пс, 4 -15 не

В п 3 4 3 обсуждаются механизмы формирования в наносекундном СВЧ разряде атмосферного давления тонких плазменных нитей с повышенной яркостью [Коссый И А и др ] В эксперименте такие нити возникали на фоне квазиоднородных, вытянутых вдоль вектора электрического поля, плазмоидов, образующихся при пробое газа на отдельных затравочных электронах Вытягивание первичных плазмоидов обусловлено эффектом квазистатического усиления поля в полярных областях плазменного эллипсоида с размерами меньше длины волны и диэлектрической проницаемостью И > 1 (полярная ось параллельна внешнему полю) [Гильденбург В Б,

Гущин И С и др] Затем внутри однородного плазмоида формировались одна или две яркие тонкие нити Возможной причиной возникновения интенсивно излучающих нитей в разряде высокого давления может быть ио-низационно-перегревная неустойчивость К развитию указанной неустойчивости приводит быстрый нагрев газа при тушении электронных уровней молекул, эффективно возбуждающихся в разрядной плазме

Проведен анализ данной неустойчивости на основе численного моделирования динамики разряда в СВЧ поле цилиндрической ТЕ-волны с учетом

процессов нагрева и вытеснения газа в неизобарическом случае Согласно расчетам на начальной стадии наблюдается лавинообразный рост концентрации электронов в области максимального поля вблизи оси разряда Увеличение концентрации электронов приводит к экранировке поля и переходу разряда в квазистационарное состояние В течение этого времени происходит нагрев и рост давления газа, однако на начальной стадии нагрева скорость разлета молекул газа невелика, поэтому его плотность практически не меняется. С увеличением скорости разлета происходит уменьшение плотности газа в центральной области разряда, и увеличение частоты ионизации Это приводит к возрастанию концентрации электронов вблизи оси разряда, уменьшению характерного радиуса их распределения и образованию тонкой плазменной нити Возникновение плазменной нити в наносе-кундном СВЧ разряде высокого давления сопровождается быстрым ростом параметра ЕЛМ и эффективности возбуждения электронных уровней молекул В результате резко возрастает удельная мощность спонтанного излучения, создаются условия для создания инверсной населенности и возникновения режима индуцированного УФ излучения вдоль нити, рис 6

200 г, не

Рис 6. Зависимость от времени удельной мощности индуцированного Р,„с1 и спонтанного излучения Рф вдоль оси плазменной нити при давлении воздуха р=500 Тор и начальном значении параметра Ев/р = 40 В/см Тор

На основе анализа линейной стадии развития ионизационно-перегревной неустойчивости приводятся результаты упрощенных оценок параметров плазменной нити для условий эксперимента.

В п 3.5 обсуждаются перспективы использования свободно-локализованного наносекундного СВЧ разряда в атмосфере Земли в качестве азотного лазера с дистанционной накачкой, референтного источника (радиозвезды) для настройки адаптивной оптики наземных телескопов и для диагностики малых составляющих атмосферы Определены условия, необходимые для генерации индуцированного УФ излучения свободно локализованным разрядом при создании в верхней атмосфере искусственной ионизованной области [Борисов НД, Гуревич А В] Показано, что способность наносекундных СВЧ разрядов эффективно возбуждать электронные уровни молекул и атомов может быть использована как для диагностики параметров турбулентной атмосферы, так и для определения концентрации ее малых составляющих, оказывающих существенное влияние на климат,

состояние озонового слоя Земли и парниковый эффект Рассмотрены различные варианты применения наносекундного СВЧ разряда в атмосфере для этих целей

В следующих двух главах приводятся результаты исследования плаз-мохимических процессов в наносекундных СВЧ разрядах

В четвертой главе представлены результаты исследования процесса синтеза озона в наносекундном СВЧ разряде в азотно-кислородных смесях Синтез озона является одним из наиболее распространенных плазмохими-ческих процессов, осуществляемых с помощью электрических разрядов Эффективная диссоциация кислорода в сочетании с коротким временем воздействия позволяют надеяться на высокую производительность этого процесса и в импульсно-периодическом наносекундном СВЧ разряде Исследования проводились в широком диапазоне экспериментальных условий использовались электромагнитные волны различных частотных диапазонов, варьировалась длительность, частота повторения и мощность СВЧ импульсов, разряд создавался при различной геометрии начального поля, в свободном пространстве и кварцевых трубках, изменялись состав и плотность газа

В п 4 1 приводятся результаты экспериментального исследования процесса образования озона в импульсно-периодическом наносекундном СВЧ разряде в кислороде В п 4 1 1 описаны условия и параметры, при которых проводились эксперименты Разряд зажигался в диапазоне давлений кислорода р=3 100 Тор в двух принципиально различных электродинамических системах- в квазиплоской стоячей и цилиндрически сходящейся ТЕ электромагнитных волнах В экспериментах использовалось излучение 3-см и 8мм диапазона, СВЧ импульсы длительностью от 5 до 500 не и мощностью от 50 кВт до 15 МВт Частота повторения изменялась от 1 до 103 Гц Концентрация озона измерялась методом абсорбционной спектроскопии по поглощению излучения ртутной лампы в полосе Хартли Представлены результаты экспериментов по изучению динамики образования озона в зависимости от давления, длительности и частоты повторения СВЧ импульсов При непрерывной серии СВЧ импульсов концентрация Оз в вакуумной камере сначала линейно нарастала, и через некоторое время достигала квазистационарного уровня [03]м, величина которого зависела от частоты следования импульсов и возрастала пропорционально квадрату плотности молекул кислорода Измерения концентрации озона на стадии линейного роста позволили определить число молекул Оэ, образованных в течение одного СВЧ импульса Эксперименты показали, что общее количество образованных за импульс молекул озона определяется величиной поглощенной СВЧ энергии и слабо зависит от объема занимаемого разрядом Для сравнения эффективности образования озона в различных условиях была измерена энергия, затраченная на образование одной молекулы озона Минимальная

энергоцена т| ~ 4 эВ на молекулу была получена в разряде, создаваемом сжатыми СВЧ импульсами 3-см диапазона длин волн

В импульсно-периодическом режиме поддержания разряда величина максимально достижимой концентрации озона падала с ростом частоты повторения для длинных (500 не ) импульсов и возрастала при использовании коротких (т=6 не) импульсов Такая зависимость, объясняется нагревом и более сильным колебательным возбуждением озона в разряде, создаваемом длинными импульсами Этот вывод подтверждается результатами измерений температуры газа при различной частоте повторения импульсов Кроме того, при высокой частоте следования импульсов атомы О не успевают конвертировать в озон за время между импульсами, в результате чего в разряде поддерживается достаточно высокая концентрация атомов, что приводит к снижению эффективности образования озона. Определена зависимость степени конверсии атомов кислорода в озон от концентрации атомов, образованных в течение одного СВЧ импульса

В п 4 1 2 рассматривается численная модель процесса синтеза озона в импульсно-периодическом разряде в поле цилиндрической ТЕ волны Определяемая из решения уравнения Гельмгольца самосогласованная эволюция электрического поля и плотности электронов в разряде, использовалась для расчета концентраций атомов, ионов, электронно и колебательно возбужденных молекул образованных за время СВЧ импульса Критерием правильности определения концентраций этих частиц служило совпадение результатов расчета распада плазмы с данными эксперимента Определенные таким образом концентрации возбужденных частиц и радикалов, использовались в качестве начальных условий для программы, моделирующей динамику образования озона в импульсно-периодическом режиме

В следующих разделах представлен анализ основных каналов образования и гибели озона в кислороде Генерация озона в СВЧ разряде происходит в результате диссоциации молекулы кислорода электронным ударом и последующего присоединения атома О к молекуле 02 с образованием молекулы озона в колебательно возбужденном состоянии Гибель озона происходит преимущественно в реакции с атомарным кислородом При этом, если молекула озона колебательно возбуждена, то эта реакция ускоряется во много раз, причем основной вклад в ускорение реакции вносит вторая колебательная мода Подробно обсуждается колебательная кинетика озона На основе простой кинетической модели рассматривается влияние колебательного возбуждения на установление стационарной концентрации озона Показано, что для адекватного описания эксперимента необходимо привлечение дополнительного канала передачи энергии в колебательное возбуждение озона Приводятся результаты расчета стационарной концентрации озона для многоимпульсного режима в условиях, близких к эксперименту Показано, что динамика образования озона в кислороде определяется совместным влиянием многих процессов Прежде всего, это генерация в СВЧ

разряде атомов и возбужденных частиц, которая сильно зависит от напряженности электрического поля и давления газа Затем это собственно реакции синтеза и деструкции озона, чувствительные к составу плазмы, процессам колебательной кинетики и диффузии Важную роль в формировании стационарной концентрации озона играют также электронно-возбужденные молекулы кислорода в состоянии 02(Ь), которые передают свою энергию в колебательное возбуждение озона [ЕЬавяоп В ]

В п 4 2 приводятся результаты исследования процесса синтеза озона в воздухе и азотно-кислородных смесях Специфика этого процесса, обусловлена наработкой в разряде высоких концентраций атомов, электронно и колебательно возбужденных молекул азота Наличие этих частиц с одной стороны способствует увеличению эффективности диссоциации кислорода в разряде, а с другой приводит к появлению окислов азота разрушающих озон в процессе плазмохимических реакций В п 4 2 1 рассмотрены основные процессы с участием заряженных и возбужденных частиц, приводящие к диссоциации молекул кислорода и образованию озона Основными каналами образования атомарного кислорода являются диссоциация молекулярного кислорода электронным ударом и соударения с электронно-возбужденными молекулами азота, которые в свою очередь образуются при столкновении с электронами Константы этих реакций являются быстро растущими функциями параметра ЕЛЧ Поэтому, энергоцена образования молекулы озона существенным образом зависит от динамики электрического поля и концентрации электронов в разряде и определяется затратами энергии на диссоциацию кислорода

В п 4 2 2 представлены результаты экспериментов по синтезу озона в азотно-кислородных смесях Исследования проводились с помощью тех же экспериментальных установок и при тех же параметрах, что и при изучении процесса образования озона в кислороде Разряд зажигался в свободном пространстве (моделировался режим достаточно быстрого ухода продуктов реакций из области занимаемой плазмой) и в кварцевой трубке (реализовы-вался режим накопления продуктов химических реакций). В экспериментах наблюдалось существенное различие динамики плазмохимических процессов в этих режимах, а также в длинном (т = 500нс) и коротком (т = 6нс) на-носекундных СВЧ импульсах Кроме того, на процесс образования озона влияли частота следования импульсов, процентное содержание кислорода в смеси 02 N2 и плотность газа В коротком импульсе динамика образования 03 в свободно-локализованном разряде в воздухе была аналогична динамике в кислороде, но максимально достижимое значение концентрации озона было существенно ниже, рис 7 Для разряда, поддерживаемого длинными импульсами, наблюдалось другая динамика В начальный период серии импульсов концентрация озона линейно нарастала, достигала максимума, а затем плавно спадала до более низкого уровня, рис 8, При высоких частотах повторения импульсов для достижения максимальной концентрации

озона требовалось примерно одинаковое число импульсов В повторных сериях импульсов генерация озона ухудшалась, а его распад усиливался

[ОД 10°с«г>

Рис 7. Зависимость концентрации озона в разряде, создаваемом короткими (т=6 не) СВЧ импульсами с частотой повторения И = 50 Гц Давление воздуха 1 —18,2—12 Тор и с частотой Р = 10 Гц при давлении 3 - 18,4-12 Тор

[Су, «"см*3

Рис 8. Динамика озона в разряде, создаваемом длинными (т=500 не) СВЧ импульсами с частотой повторения Я 1 - В=250Гц, 2 - Г=50 Гц, 3 - Р=10 Гц, давление воздуха р=18 Тор

Эксперименты показали, что причиной уменьшения концентрации озона являюфя образующиеся в разряде окислы азота Действительно, в момент начала спада концентрации озона в эксперименте регистрировалась заметная концентрация (~1013 см"3) двуокиси азота Влияние окислов азота на динамику озона проверялась для разряда в смеси N2 02. Было установлено, что уже несколько процентов N2 приводят к уменьшению (по сравнению с кислородом) стационарной концентрации озона, а при 10 % добавке азота на зависимости Оз(0 появляется характерный для экспериментов в воздухе падающий участок Образование высокой концентрации окислов является следствием нагрева и колебательного возбуждения азота при высоких частотах повторения импульсов в отсутствии прокачки газа В этом случае суммарная энергия, выделяемая в области разряда, может достигать значительных величин, не смотря на малую длительность СВЧ импульсов В свободно локализованном СВЧ разряде, когда продукты реакций достаточно быстро покидают разрядную область (в нашем случае в результате диффузии), падения концентрации озона не наблюдается даже в течение длительной серии импульсов Измерения поступательной и колебательной температур в разряде в зависимости от давления и частоты повторения импульсов показали, что температура газа при длительном воздействии и высоких частотах повторения СВЧ импульсов может достигать 400-500 К Рост температуры газа соггровождается уменьшением константы реакции образования озона и увеличением скорости его разрушения, что приводит к уменьшению концентрации озона, наработанного на начальной стадии разряда Измеренные значении колебательной температуры лежали в области пороговых значений для реакции образования окислов азота с участием

колебательно возбужденных молекул, Ту = 0,2-0,3 эВ При этом значения Т и Ту в разряде, создаваемом цилиндрической волной, оказались несколько выше, чем в квазиплоской геометрии из-за более высокого удельного энерговклада, достигаемого в области фокуса цилиндрически сходящейся волны

Качественный анализ полученных в эксперименте результатов представлен в п 4 2 3 Обсуждаются процессы образования окислов азота в разряде и проводится сопоставление сделанных оценок с экспериментальными данными Отмечается, что проведенные эксперименты указывают на возможность значительной наработки в наносекундных СВЧ разрядах в воздухе, как озона, так и оксидов азота При этом получение максимально возможной концентрации озона и минимального количества окислов азота при комнатной температуре газа возможно только при кратковременном поддержании разряда, т.е при небольшом числе СВЧ импульсов в серии или низкой частоте повторения импульсов, а также при прокачке газа через область разряда В этом случае не происходит накопления окислов азота до величины, ограничивающей образование озона

Для прогноза воздействия наносекундных СВЧ разрядов на стратосферу были проведены измерения динамики озона при низких температурах газа Результаты этих экспериментов приведены в п 4 2 4 В качестве источника СВЧ излучения использовался релятивистский карсинотрон (X = 8 мм, Ф = 5 не, Р=10 -5-15 МВт) Разряд зажигался в кварцевой колбе в пучностях стоячей волны, сформированной с помощью сферического зеркала Стенки колбы могли охлаждаться жидким азотом Температура газа устанавливалась равной температуре стенок и изменялась в диапазоне Т = 200 — 300 К Удаленность разряда от стенок колбы обеспечивала протекание химических реакций непосредственно в объеме реактора Эксперименты показали, что уменьшение температуры газа приводит к увеличению скорости образования озона и одновременно сильно снижает эффективность образования окислов азота Наработка окислов азота в этих экспериментах не превышала уровня чувствительности метода измерений, концентрация озона при всех давлениях возрастала более чем на порядок, а спада Оз не наблюдалось даже при длительном воздействии, рис 9

S. эВ/молекулу 10

10'

10 i

100

Рис. 9. Зависимость концентрации озона от времени при концентрации нейтральных частиц N = 21018 см3, И = 3Гц и различной температуре воздуха

1 -trio

10'

F, Гц

Рис. 10. Энергетическая цена образования одной молекулы озона в зависимости от частоты повторения СВЧ импульсов (Ь=3 см) при давлении р =20 Тор воздух, 1 - т = 500 не, 2 -т = 6 не, кислород, 3 - г = 500 не, 4 - т =6 не

В п 4.2 5 приводятся результаты измерений затрат СВЧ энергии, идущей на образование одной молекулы озона Обнаружено, что энергодена может изменяться в широких пределах в зависимости от условий эксперимента и ^гектродинамической структуры разряда Минимальная экергоцена была получена в разряде в кислороде с использованием сжатого (6 не) импульса 3-см диапазона длин волн и составляла величину т| = 4 эВ на молекулу В длинном импульсе при тех же условиях энергоцена была существенно выше г) = 23 эВ, рис 10 Полученная в коротких импульсах более низкая энергоцена образования Оэ с одной стороны свидетельствует о том, что эффективность диссоциации кислорода в этом разряде близка к оптимальной (-2,5 эВ), а с другой стороны, что предположение о полной конверсии атомов О в озон нарушается при увеличении длительности СВЧ импульсов Энергоцена образования озона в воздухе возрасгала при увеличении частоты следования импульсов и была примерно в четыре раза выше, чем в чистом кислороде Установлено также, что при импульсно-периодическом воздействии прокачка газа через разрядную область снижает энергоцену образования озона в воздухе Кроме того, энергоцена уменьшалась с ростом давления газа, причем для разряда в квазиплоской стоячей волне она была ниже, чем для разряда, создаваемого цилиндрической волной Эффективность образования озона уменьшалась также при переходе к 8-миллиметровому диапазону длин волн При этом, в зависимости от плотности воздуха, энергоцена составляла величину ~ 50-*-100 эВ при комнатной температуре газа, снижаясь до 25 — 40 эВ при температуре Т - 200 К

На основе простой качественной модели рассмотрены условия наиболее эффективной диссоциации кислорода в разряде в зависимости от параметра Е/ЧЧ Условиям оптимума соответствует минимум энергозатрат на диссоциацию молекул 02, го есть расходуется максимально возможная доля энергии СВЧ-импульса Показано, что оптимальное значение приведенного

электрического поля лежит вблизи порога пробоя кислорода Проводится сравнение результатов расчета с данными эксперимента

С целью объяснения результатов экспериментов и выяснения характера зависимости энергоцены от различных параметров СВЧ-разряда было проведено численное моделирование динамики наносекундного СВЧ-разряда в воздухе (п 4 2 6) Рассматривались разряды в поле симметричной цилиндрической ТЕ-волны и в поле плоской стоячей волны В результате вычислений было установлено, что, в случае СВЧ-импульсов очень малой (~3 —10 не) длительности, рост концентрации электронов происходит в области максимального поля и вид распределения плазмы подобен начальному распределению поля При росте плотности плазмы уменьшение величины электрического поля в разряде происходит практически одинаковым образом в независимости от геометрии начального поля Максимальная концентрация электронов зависит от объема занимаемого плазмой и для разряда в цилиндрической волне существенно выше, чем для разряда в плоской волне При этом в плоской геометрии плазма более эффективно поглощает СВЧ энергию

Знание динамики развития разряда позволило определить число образованных в разряде атомов кислорода и, таким образом, рассчитать зависимость энергоцены диссоциации кислорода от давления воздуха, длительности СВЧ-импульса, амплитуды начального электрического поля и длины электромагнитной волны при различных геометриях начального поля Было установлено, что в реакциях диссоциации с участием возбужденных молекул азота образуется около половины всего атомарного кислорода Сравнение измеренной энергоцены образования озона с рассчитанной для условий близких к реализуемым в эксперименте показало их удовлетворительное совпадение Сформулированы условия, необходимые для достижения наибольшей эффективности диссоциации кислорода в наносекундном СВЧ-разряде Сделан вывод о существенном влиянии электродинамической структуры разряда на эффективность плазмохимических процессов

В начале 80-х годов А В Гуревичем была высказана идея создания в атмосфере Земли искусственной ионизованной области (ИИО), хорошо отражающей радиоволны (радиозеркало) В дальнейшем, интерес к созданию ИИО был обусловлен разнообразием задач, которые можно решать с ее помощью В п 4 3 обсуждается перспектива использования наносекундного СВЧ разряда в качестве источника озона в верхней атмосфере. Отметим, что экологические последствия активных СВЧ-экспериментов в верхней атмосфере в настоящее время однозначно не определены, поскольку наработка окислов азота, разрушающих озон в каталитических реакциях, сильно зависит от режима поддержания ИИО Поэтому большое значение приобретают лабораторные эксперименты и оценки, проводимые на их основе В данном параграфе детально обсуждаются процессы образования и эволюции озона в натурных условиях и в случае создания в стратосфере искус-

ственного источника озона На основе простейшей одномерной модели проводятся численные оценки возможной энергоцены образования озона в раз-раде создаваемом в атмосфере Земли пересекающимися пучками радиоволн Вычисления проведены для двух длин волн (3 см и 8 мм) и для разных высот в области озонового слоя, рис 11

Рис. 11. Расчет энергоцены образования атома кислорода в ЙИО, создаваемой на высотах 1 - 20 км, 2 - 25 км, 3 - 30 км, СВЧ-излучение с длиной волны 3 см (сплошная кривая) и 8 мм (пунктир) и длительностью импульса г= 50 не

Установлено, что эффективная генерация озона в ИИО может быть достигнута на высотах 20 -»-25 км СВЧ-излучением 3-см диапазона длин волн с напряженностью электрического поля в области пересечения пучков 4-*-6 кВ/см при длительности СВЧ-импульсов 30-*-50 не В этих условиях энергоцена образования молекулы озона будет составлять величину ~ 30 — 40 эВ Такая производительность (-100 г озона на 1 кВт час затрат электроэнергии) атмосферного озонатора сравнима с показателями озонаторов, использующихся в настоящее время для технологических целей на производстве Наибольшая эффективность генерации озона достигается при использовании СВЧ-импульсов, для которых стадия пробоя значительно короче длительности импульса, при условии, что круговая частота электромагнитного поля меньше частоты столкновений электронов с молекулами В этом случае значительная доля энергии СВЧ-импульса поглощается в разрядной плазме и возможно достижение условий, при которых соотношение концентраций озона и окислов азота в разряде близко к их естественному отношению в атмосфере ~ 103. При этом особенно важную роль играет низкая температура газа (Т=200 + 220 К) в стратосфере Оптимальным режимом воздействия на атмосферу является небольшая серия наносекунд-ных импульсов при последующей смене местоположения ИИО путем сканирования волновыми пучками При этом, благодаря атмосферным ветрам, диффузии и большому времени жизни молекул озона на высотах максимума озонного слоя и ниже (более 100 суток), генерируемый в ИИО озон, разносится на большие расстояния и может создавать локальный искусственный слой значительного масштаба

Таким образом, проведенный цикл исследований демонстрирует принципиальную возможность осуществления генерации озона в стратосфере с помощью ИИО Отметим, что обсуждаемый натурный эксперимент не приведет к сколь либо значительным возмущениям в глобальном масштабе, однако, несомненно, мог бы способствовать более глубокому пониманию сложных плазмохимических процессов в озоновом слое

Пятая глава посвящена исследованию процессов разрушения примеси фреона в воздухе при воздействии импульсно-периодических наносекунд-ных коронного и СВЧ разрядов Газоразрядный метод очистки атмосферы от загрязнений является одним из интенсивно разрабатываемых применений неравновесной плазмы Современные плазмохимические методы очистки основаны на избирательном разрушении примесей в плазме газового разряда, а также на наработке в очищаемом газе атомов, радикалов и возбужденных молекул, вступающих в реакции с вредными веществами и разрушающими их Особую актуальность эта тематика приобрела в связи с проблемами "парникового эффекта" и "озоновых дыр", одной из основных причин появления которых, как полагают, является антропогенное загрязнения атмосферы хлорфторуглеродами (CFC) Среди разнообразных предлагаемых способов очистки атмосферы от фреонов [Wong A Y, Sttx Т, 5и-giyama LE.], весьма привлекательным представляется метод с использованием импульсных СВЧ разрядов различной длительности Идея использования разрядов, создаваемых мощными пучками микроволнового излучения в нижних слоях атмосферы (в тропосфере) для очистки атмосферы от фреонов была предложена в начале 90-х годов Г А Аскарьяном и И.А Кос-сым с соавторами Однако, эксперименты, моделирующие этот процесс в лабораторных условиях, как правило, проводились в СВЧ разрядах большой длительности при высоких энерговкладах (~1 Дж/см3) и большом процентном содержании фреона Процессы, определяющие деструкцию CFC в наносекундных разрядах, могут существенно отличаться от процессов, протекающих в других типах разрядов Отметим, что наиболее эффективными методами очистки в настоящее время, наряду с электронными пучками, считаются барьерный и импульсный коронный разряды Плазма этих разрядов по своим параметрам и свойствам весьма близка к плазме, создаваемой СВЧ излучением наносекундной длительности Поэтому часть экспериментов по изучению плазмохимических процессов (в основном при большой частоте повторения импульсов) проводилась с помощью наносе-кундного коронного разряда при энерговкладах близких к энерговкладам в наносекундном СВЧ-разряде

В п5.1 представлены результаты изучения эффективности разрушения фреона в импульсно-периодическом наносекундном коронном разряде. Эксперименты проводились при давлениях р= 10-760 Тор в воздухе, кислороде и аргоне при различном процентном содержании фреона C2CI3F3 (CFC-113) без прокачки газа Энергетические затраты на разрушения одной

молекулы фреона определялись методом абсорбционной ИК спектроскопии по уменьшению концентрации молекул СБС-ПЗ после обработки газовой смеси разрядом Эксперименты показали, что при давлении воздуха р=100 Тор увеличение процентного содержания фреона от ОД до 10% приводит к снижению энергоцены разрушения одной молекулы с 800 до 20 эВ При фиксированном процентном содержании примеси фреона энергетические затраты на очистку увеличивались с ростом давления газовой смеси Приводится сравнение результатов эксперимента с данными других авторов, рис.12 Установлено, что энергозатраты на разрушение одной молекулы СБС при низком содержании фреона оказываются в наносекундном разряде ниже, чем в СВЧ-разрядах большей длительности

В работах Г А Аскарьяна, И А Коссого и др был предложен метод очистки атмосферы Земли от фреонов с помощью разряда, создаваемого на заданной высоте наземными антеннами, основанный на разрушении СБС в процессах диссоциативного прилипания электронов Разрушение молекул фреона происходит при этом избирательно, преимущественно на стадии распада плазмы, холодными электронами, для которых константа диссоциативного прилипания особенно высока (ка=10"7-10"9 см3/с) Поэтому использование наносекундных СВЧ разрядов, в которых значительная доля энергии идет на ионизацию газа, является предпочтительным Эффективность очистки при этом определяется характером распада плазмы В п 5 1 1 и п 5 1 2 представлены результаты экспериментов по изучению деструкции фреона в распадающейся плазме наносекундного СВЧ-разряда

Эксперименты, моделирующие процесс очистки атмосферы с помощью наносекундного СВЧ разрада, проводились в смеси воздуха с фреоном (СРС-113) В качестве источника электромагнитного излучения использовался карсинотрон 8-миллиметрового диапазона длин Удельный энерговклад, в зависимости от давления воздуха, составлял Ю^-Ю"1 эВ/молекула Электронная концентрация в распадающейся плазме измерялась резонатор-ным методом В параграфе приводятся результаты измерения скорости распада плазмы при различном содержании фреона в воздухе, рис 13 Снижение доли фреона приводило к сближению скоростей распада плазмы в воздухе и смеси воздуха с фреоном, а при парциальных давлениях ниже рг = 3 10"5 Тор влияния фреона на распад плазмы не наблюдалось Величина порогового давления определялась равенством частот прилипания электронов к молекулам фреона и кислорода Продемонстрирована возможность разрушения фреонов при их низком содержании, но в этом случае обнаруженный в эксперименте быстрый распад плазмы (гл 2) повышает энергозатраты на удаление одной молекулы фреона в несколько раз На основании экспериментально установленной скорости распада плазмы определена эффективность разрушения фреона с помощью наносекундного разряда в тропосфере на высотах 15-30 км

эВ/молекула

N , см-3

104 103 102 10

(б)

о 1 к 2

С + з

о 4 ,

Ъ

0.1

10 р/р %

Рис 12. Зависимость энергоцены разрушения молекулы СГС от процентного содержания фреона при 80% очистке (р=100 Тор) 1 - СГС-ИЗ наш эксперимент, 2 - СГС-12, 3 - СГС-114, 4 -СРС-113 (СВЧ разряды микросекундной длительности)

Ш 80

МКС

Рис. 13. Изменение скорости распада плазмы в смеси воздуха с СРС-113 при общем давлении р=10 Тор и различных парциальных давлениях фреона 1 - рг= 0,2 - р, =3 б 10"4 Тор, 3 =9 103 Тор

Анализ эффективности различных каналов разрушения фреона в зависимости от длительности наносекундного импульса и содержания фреона в газовой смеси представлен в п 5 2 Показано, что при высоком содержании фреона и использовании импульсов большой длительности основными каналами являются разрушение СГС при соударении с образующимися в разряде возбужденными частицами и атомами, а также диссоциация фреона электронным ударом В импульсах очень короткой длительности и при низком содержании примеси фреона преобладают процессы разрушения, связанные с диссоциативным прилипанием электронов и перезарядкой отрицательных ионов К некоторому увеличению эффективности разрушения СБС в процессах диссоциативного прилипания может приводить каталитический цикл, связанный с отлипанием электронов от ионов хлора [Александров НЛ] Приводятся оценки концентрации фреона и длительности СВЧ-импульса, необходимые для преобладания того или иного канала

В п 5 3 представлены результаты эксперимента по исследованию генерации озона в газовой смеси, содержащей примесь СРС-113 Данные эксперимента позволили установить роль атомов 0(3Р) в процессах разрушения фреонов и провести оценку константы этого процесса

В параграфе п 5.4 рассмотрены динамика и процессы трансформации продуктов разрушения фреона В разряде образуются значительные концентрации возбужденных молекул, радикалов и атомов, приводящие через цепь реакций к формированию большого числа разнообразных окислов и появлению каналов разрушения СБС, не связанных с электронным компонентом В случае создания СВЧ разряда в атмосфере на низких высотах эти продукты будут частично вымываться на Землю дождями, частично же попадать в верхние слои атмосферы, взаимодействуя с ее малыми составляющими Данное обстоятельство делает анализ продуктов плазмохимических

превращений чрезвычайно важным Анализ образующихся в разрядной плазме продуктов плазмохимических реакций проводился методами абсорбционной УФ и ИК спектроскопии Представлены результаты измерений динамики окислов азота и хлора в импульсно-периодическом разряде Обнаружено, что при низком содержании СБС конкуренция азотного и хлорного циклов приводят к падению эффективности гибели озона Установлено, что при длительной обработке газовой смеси, основными продуктами разложения фреона являются молекулы хлора, концентрация которых хорошо коррелирует с результатами измерений убыли фреона в ИК диапазоне При этом концентрации окислов хлора и азота оказываются на несколько порядков величины ниже, чем концентрация молекул С12

В п 5 4 2 приводятся результаты численного моделирования процесса разрушения СБС-ПЗ в импульсно-периодическом разряде и проводится сравнение с данными эксперимента При расчетах использовалась упрощенная двухточечная модель, учитывающая плазмохимические процессы непосредственно в разряде и в реакторе (некоторой точке вне разряда), куда продукты химических реакций выносятся диффузией Безусловно, данная модель является весьма грубой, но в то же время она позволяет качественно описать основные тенденции плазмохимических процессов, протекающих в сильно неоднородной плазме наносекундного коронного разряда

Результаты экспериментального исследования эволюции радикалов фреона в наносекундных СВЧ и коронном разрядах, полученные на основе анализа ИК спектров поглощения, представлены в п 5 4 3 В экспериментах газовая смесь обрабатывалась СВЧ импульсами с параметрами длина волны Ъ= 8 мм, длительность т = 5 не, мощность Р=10-15 МВт, частота повторения импульсов Р=1-4 Гц Приводятся результаты измерения концентраций идентифицированных химических соединений, образующихся после обработки смеси, содержащей СБС-ПЗ, серией импульсов СВЧ и коронного разрядов

В параграфе п.5 5 рассматриваются конкретные процессы, приводящие к разрушению фреонов, а также эволюция и трансформация радикалов, образующихся в процессе обработки газовой смеси Анализ проведенных экспериментов показал, что существенную роль в деструкции фреонов при низких энерговкладах играют процессы диссоциации с участием заряженных частиц (диссоциативные ионизация, прилипание, перезарядка ионов и прямая диссоциация электронным ударом), а также реакции с атомами кислорода При этом разрушение фреонов в наносекундных разрядах, в отличие от разрядов большей длительности, происходит преимущественно в областях, занятых плазмой Установлено, что в процессе обработки смеси, содержащей фреон, происходит последовательное разрушение образующихся на предыдущей стадии хлорфторуглеродов, а преобладающими продуктами на конечной стадии процесса являются молекулы С12 и Последние образуются в результате взаимодействия фтореодержащих радика-

лов с кварцевыми стенками реактора Показано, что на начальной стадии обработки происходит, в основном, разрушение С-С1 и С-С связей в молекулах СБС, а лишь затем разрушаются более прочные С-Б связи в обогащенных фтором продуктах реакций Установлено, что механизмы деструкции фреона в наносекундном коронном и СВЧ разрядах имеют одинаковую природу, определяемую высокой долей энергии электронов, идущей на ионизацию и диссоциацию молекул при высоких значениях параметра ЕЛЧ в этих разрядах

Шестая глава посвящена разработке и исследованию мощных источников излучения (СВЧ компрессоров) для создания наносекундных СВЧ разрядов Отметим, что большинство приложений низкотемпературной плазмы предполагает либо непрерывное поддержание разряда, либо использование импульсно-периодического режима с достаточно высокой средней мощностью В случае наносекундного СВЧ разряда это приводит к необходимости использования источников излучения, способных работать с высокой частотой следования импульсов Релятивистские СВЧ генераторы позволяют получать наносекундные импульсы мощностью до нескольких гигаватт, но являются сложными и дорогостоящими устройствами, не всегда удовлетворяющими этому требованию Поэтому более перспективным для технологических процессов представляется использование СВЧ источников на основе временной компрессии импульсов

В п б 1 излагаются физические принципы, определяющие работу активных компрессоров микроволнового излучения Метод компрессии СВЧ импульсов основан на накоплении электромагнитной энергии в высокодобротном резонаторе с последующим быстром выводом ее к нагрузке (модуляцией добротности) Одним из ключевых элементов активного компрессора является коммутатор (переключатель), обеспечивающий вывод энергии из накопительного резонатора Для получения мощных сжатых импульсов с высокой эффективностью компрессии наиболее привлекательным представляется использование сверхразмерных резонаторов, работающих на модах типа ТЕ0П1 с низкими омическими потерями В параграфе приводится краткий обзор существующих компрессоров с такими резонаторами Анализируется возможность использования в коротковолновой части СВЧ диапазона компрессоров с брэгговскими рефлекторами

Параграф п 6 2 посвящен разработке новых конструкций плазменных переключателей для СВЧ компрессоров со сверхразмерными резонаторами. Показано, что в наибольшей степени требованиям, предъявляемым к переключателям таких компрессоров, отвечают управляемые брэгговские рефлекторы и переключатели, обладающие резонансными свойствами Рассмотрена серия плазменных переключателей, использующих различные электродинамические принципы В п б 2 1 описан плазменный переключатель на основе управляемого брэгговского рефлектора Исследования показали, что для коммутации такого рефлектора распределенным набором га-

зоразрядных трубок необходимо, чтобы плазма, возникающая при пробое газа, имела высокую концентрацию и однородность Эти требования можно существенно ослабить, если электродинамическая структура выходного рефлектора обладает резонансными свойствами и, соответственно, для нарушения резонанса достаточно лишь небольшого изменения параметров среды, заполняющей газоразрядные трубки Этот метод был реализован в осесимметричном СВЧ компрессоре, работающем на моде Но; круглого волновода и использующем управляемый выходной рефлектор в виде скачкообразного расширения волновода (п 6 2 2) или резонансный плазменный переключатель (п 6 2 3) Представлены результаты расчетов и экспериментальной проверки указанных переключателей и детально описаны принципы их работы.

Перевод компрессора из режима накопления энергии в режим вывода осуществляется путем быстрого образования плазмы в расположенных в переключателе газоразрядных трубках Для обеспечения эффективного вывода энергии из резонатора коммутатор должен иметь малое время образования плазмы (-1СГ8 с) с концентрацией превышающей критическую Например, для СВЧ излучения 3-см диапазона электронная концентрация в трубках должна превышать величину Не > 2 1012 см"3. Поэтому при разработке коммутатора необходимо знать динамику пробоя газа и параметры плазмы в длинных трубках, которые, в свою очередь, зависят от плотности газа и приложенного напряжения Важную роль при этом играет конструкция источника импульсов высокого напряжения, используемого для создания плазмы

В п 6.3 рассмотрены конструкция малогабаритного генератора высоковольтных импульсов и особенности наносекундного пробоя в газоразрядных трубках, применяемых в плазменных переключателях Приводятся результаты экспериментального исследования высокоскоростных волн ионизации в длинных трубках, определены скорость распространения фронта ионизации и концентрация электронов в разряде Показано, что выбором соответствующих параметров (давления и рода газа, диаметра газоразрядных трубок, амплитуды высоковольтного импульса) можно обеспечить время создания и плотность плазмы, необходимые для эффективного вывода СВЧ энергии из накопительного резонатора

В 64 представлены результаты экспериментальных исследований од-ноканального компрессора СВЧ импульсов на основе сверхразмерного брэгговского резонатора, возбуждаемого на моде Нш круглого волновода и использующего разработанные плазменные переключатели Определены коэффициенты усиления по мощности и эффективность компрессии в зависимости от длительности импульса накачки, давления и состава газа в газоразрядных трубках переключателя В режиме самопробоя газа в выходном рефлекторе достигнут высокий -25 МВт уровень мощности в сжатом импульсе длительностью 40-50 не В режиме внешнего запуска получены сжа-

тые импульсы с мощностью 11 МВт и длительностью импульса 50 не при коэффициенте усиления по мощности равном 9

р,№/

60-

—1

Рис. 14 Осциллограммы ВХОДНОГО Рщс и сжатого импульсов Рсош, полученные для двухканального компрессора с объединенным вводом-выводом энергии р = 0,4 Тор, Р,„с = 5,1 МВт, Рсош = 53 МВт, длительность сжатого импульса 43 не, эффективность компрессии 56 %,

В п 6 5 представлены результаты исследования 100-мегаватгного активного двухканального компрессора СВЧ импульсов проходного и отражательного типа 3-х сантиметрового диапазона длин волн, возбуждаемого с использованием мощного СВЧ генератора - магникона, разработанного фирмой "Оп^а-Р" совместно с N111, (США) В этом компрессоре использовались разработанные плазменные переключатели Каналы компрессоров соединялись с СВЧ генератором и нагрузкой через 3 <1В квазиоптический направленный ответвитель с повышенной электропрочностью Использование ответвителя позволило исключить влияние отраженного сигнала на режим генерации магникона и увеличить эффективность накопления энергии в компрессоре по сравнению с одноканальной схемой На высоком 5 МВт) уровне падающей мощности продемонстрирована возможность когерентного сложения импульсов, сжатых в каждом из каналов компрессора В 3-сантиметровом диапазоне длин волн достигнуты рекордные по энергетике и эффективности параметры сжатых импульсов Так, в режиме внешнего запуска получены сжатые импульсы с мощностью 53 МВт и длительностью 43 не, рис 14 Коэффициент усиления по мощности при этом превышал 10, а эффективность компрессии достигала 56 %

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе

Основные результаты диссертационной работы

1 Исследован пробой газа СВЧ-импульсами большой интенсивности и малой длительности Измерена частота ионизации в различных газах в широкой области давлений и значений приведенного электрического поля, а также в сверхсильном поле при низких давлениях, когда осцилляторная энергия электронов превышает потенциал ионизации атомов и молекул Установлено насыщение зависимости частоты ионизации от амплитуды

37

СВЧ поля в области параметра Е/ю=5-10"7-2 10"6 В/см с и существование нижней границы порога пробоя по давлению, не зависящего от амплитуды поля и связанного с высокой поступательной скоростью электронов и действием пондеромоторной силы Измерения энергетического спектра электронов в разлетающейся разрядной плазме подтвердили наличие электронов с высокой (до 3,5 кэВ) энергией при пробое газа в сверхсильном СВЧ поле Показано, что в сверхсильном СВЧ поле константы большинства элементарных процессов падают с увеличением осцилляторной энергии электронов значительно медленнее, чем в постоянном электрическом поле той же амплитуды и чем изменяется сечение соответствующего процесса

2 Установлено, что высокие значения напряженности электромагнитного поля в наносекундном импульсе изменяют пространственно- временную картину развития разряда в волновом пучке Высокая скорость ионизации и малая длительность импульса, приводят к формированию дискретной структуры разряда при высоких давлениях, связанной с пробоем на отдельных затравочных электронах В сильных полях на кинематику волны пробоя начинает оказывать влияние конечное время распространения излучения вдоль оси волнового пучка, приводящее к смещению области первоначального пробоя из фокальной плоскости в направлении падающего излучения Показано, что различный характер зависимости сечений ионизации и возбуждения электронных уровней молекул от энергии электронов приводит к несовпадению пространственных распределений светимости и концентрации электронов и задержке оптического излучения относительно СВЧ импульса

3 Установлено, что значительная энергия электронов, сохраняющаяся в распадающейся плазме из-за высокой степени ионизации и возбуждения газа приводит к изменению характера деионизации плазмы в различных газах Так в азоте и кислороде наблюдается медленный рекомбинационный распад, а в воздухе обнаружен быстрый распад плазмы, характерный для диссоциативного прилипания электронов Показано, что наряду с процессами прилипания и отлипания электронов существенное влияние на распад плазмы оказывают процессы ионной конверсии Высокая энергия электронов связана с передачей электронам энергии при столкновении с метаста-бильными молекулами азота (удары 2-го рода). Обнаружено, что после пробоя газа низкого давления в сверхсильных полях в разрядной плазме остаются электроны с энергией превышающий потенциал ионизации В процессе релаксации энергии электронов их концентрация продолжает возрастать в течение времени (0,5-1 мкс) после окончания СВЧ импульса и достигает величин, в 5-10 раз превышающих критическую для падающего излучения

4 Продемонстрирована возможность использования наносекундного разряда в волновом пучке для накачки УФ лазеров В экспериментах получена мощность генерации азотного лазера 60-70 кВт в поперечной схеме накачки и 100-120 кВт в продольной схеме Эффективность лазерной генерации составляла величину 10"4-*- 10"3, а удельный энергосъем равнялся 0,5" 2 Дж/атм л Установлено, что при возбуждении лазерной смеси с помощью сходящейся цилиндрической ТЕ-волны в газоразрядных трубках большого диаметра происходит последовательная генерация лазерного излучения слоями плазмы расположенными на различных расстояниях от его оси Такая динамика приводит к удлинению лазерного импульса и увеличению мощности генерации Получена лазерная генерация в воздухе в свободно локализованном разряде (без трубки), в режиме усиления спонтанного излучения и продемонстрирована возможность создания атмосферного лазера с дистанционной СВЧ накачкой на переходах 2+ - системы азота Построена численная модель азотного лазера, возбуждаемого наносекундным СВЧ разрядом в поле цилиндрической ТЕ-волны Установлено, что подбором давления лазерной смеси, диаметра газоразрядной трубки и величины падающей СВЧ мощности можно эффективно управлять параметрами разряда, добиваясь почти полного поглощения СВЧ излучения и высокой эффективности лазерной генерации Показаны перспективы использования свободно локализованного наносекундного СВЧ разряда в атмосфере Земли в качестве азотного лазера с дистанционной накачкой, референтного источника света (радиозвезды) для настройки наземных оптических телескопов и для диагностики малых составляющих атмосферы

5 Изучены механизмы формирования в наносекундном СВЧ разряде атмосферного давления тонких плазменных нитей с повышенной яркостью Показано, что причиной возникновения интенсивно излучающих нитей является ионизационно-перегревная неустойчивость К развитию указанной неустойчивости может приводить быстрый нагрев газа при тушении электронных уровней молекул, эффективно возбуждающихся в разрядной плазме Установлено, что образование плазменной нити сопровождается ростом параметра Е/И и концентрации электронов При этом резко возрастает эффективность возбуждения электронных уровней молекул и мощность спонтанного излучения, а также создаются условия для возникновения инверсной населенности и режима усиления УФ излучения вдоль плазменной нити

6 Показано, что динамика озона в наносекундном разряде в кислороде существенным образом зависит от длительности, частоты повторения и энергии СВЧ импульсов Определены оптимальные условия по приведенному электрическому полю (Е/И-Ю"15 В см2), при которых на диссоциацию кислорода в разряде идет максимальная из возможной доля энергии СВЧ

импульса Минимальная цена ~ 4 эВ получена для в разряде, создаваемом короткими (~5 не) импульсами с низкой частотой повторения Показано, что величина квазистационарной концентрации озона в импульсно-периодическом разряде в кислороде в значительной мере определяется колебательным возбуждением молекул озона, сильно ускоряющем реакцию его гибели и диффузией, влияющей на баланс колебательной энергии

7 Проведено экспериментальное исследование процесса синтез озона в наносекундном разряде в воздухе и азотно-кислородных смесях Показано, что в свободно локализованном СВЧ разряде, когда продукты плазмохими-ческих реакций быстро покидают разрядную область возможна эффективная генерация озона в коротких (~5-10 не) наносекундных импульсах Установлено, что увеличение длительности и частоты повторения импульсов приводит к разрушению образованного на начальной стадии озона в результате накопления в разрядной области окислов азота Образование окислов связано с ростом поступательной и колебательной температур азота при увеличении энерговклада в разряд Показано, что достижение высокой концентрации озона при минимальном количестве окислов азота при комнатной температуре возможно только при небольшом числе СВЧ импульсов в серии или низкой частоте повторения импульсов, а также при прокачке газа через область разряда Понижение температуры газа приводит к росту эффективности генерации озона и снижению наработки окислов азота. В широком диапазоне экспериментальных условий (давления газа, мощности и длительности СВЧ импульсов, длины электромагнитной волны) определена энергоцена образования одной молекулы озона Установлено, что эффективность диссоциации кислорода существенным образом зависит от электродинамической структуры разряда На основании численного моделирования динамики наносекундного СВЧ разряда в широком диапазоне параметров определена эффективность диссоциации кислорода.

8 Проведен цикл исследований, посвященных разработке активного метода воздействия на стратосферу пучками мощных микроволн На основании результатов модельных экспериментов и численных расчетов установлено, что при создании в атмосфере Земли с помощью наносекундного СВЧ-разряда в пересекающихся волновых пучках искусственной ионизованной области (ИИО) в зависимости от выбранного режима могут нарабатываться различные малые составляющие, представляющие интерес для изучения их динамики в условиях реальной атмосферы Показано, что эффективная генерации озона в ИИО может быть осуществлена на высоте 2025 км излучением 3-см диапазона длин волн с напряженностью электрического поля в области пересечения пучков 4-6 кВ/см СВЧ-импульсами длительностью 30-50 не В этом случае СВЧ энергия эффективно поглощается в разрядной плазме, и имеются значения удельных энерговкладов, при ко-

торых соотношение концентраций озона и окислов азота близко к их естественному отношению в атмосфере, а энергоцена образования одной молекулы озона составляет величину - 30 эВ Оптимальным режимом воздействия на атмосферу является небольшая серия наносекундных импульсов при смене местоположения ИИО путем сканирования волновыми пучками в максимуме естественного озонного слоя

9 Экспериментально исследован процесс очистки атмосферы от фреонов (СРС) в разрядах наносекундной длительности Установлено, что механизмы деструкции фреонов в наносекундном коронном и СВЧ разрядах имеют одинаковую природу, определяемую значительной долей энергии электронов идущей на ионизацию и диссоциацию молекул при больших значениях параметра ЕМ в этих разрядах Проведено сравнение различных каналов разрушения фреона в зависимости от длительности импульса и содержания СБС в обрабатываемой смеси Определена энергоцена разрушения одной молекулы СБС в разряде Установлено, что разрушение СБС в наносекундных разрядах, в отличие от разрядов большей длительности, происходит преимущественно в областях, занятых плазмой, а энергозатраты на очистку при низком содержании фреона оказываются ниже, чем в СВЧ разрядах большей длительности Показано, что при деструкции фреона, в первую очередь происходит разрыв С-С1 и С-С связей в молекулах СБС, а лишь затем разрушаются более прочные С-Б связи в обогащенных фтором продуктах реакций Определены продукты разрушения фреона в разряде Установлено, что основным продуктом разрушения фреона являются молекулы хлора, число которых близко к числу разрушенных молекул СТС Обнаружено, что при определенных условиях конкуренция азотного и хлорного циклов приводит к замедлению распада концентрации озона На основании данных эксперимента проведена оценка эффективности разрушения фреона с помощью наносекундного СВЧ разряда, создаваемого в тропосфере на высотах 15-30 км

10. Разработаны и исследованы мощные источники наносекундного СВЧ излучения на основе временной компрессии импульсов (СВЧ компрессоры). Увеличение мощности сжатых импульсов достигнуто при использовании высокодобротных цилиндрических резонаторов, возбуждаемых на осе-симметричных модах с низкими омическими потерями Для вывода энергии из таких резонаторов разработана серия быстродействующих и электро-прояных плазменных переключателей, обладающих резонансными свойствами Изготовлены и испытаны на высоком уровне мощности различные конструкции активных СВЧ компрессоров с такими переключателями В схеме двухканального компрессора продемонстрировано когерентное сложения сжатых в каждом из каналов СВЧ импульсов на высоком (~ 5 МВт) уровне падающей мощности Достигнуты рекордные по энергетике и эф-

фективности параметры импульсов для 3-х сантиметрового диапазона длин

волн Получены сжатые импульсы мощностью 53 МВт и длительностью до

60 не с коэффициентом усиления по мощности более 10 и эффективностью

компрессии 56 %

Список работ по теме диссертации

1 Вихарев A JI, Гильденбург В Б , Денисов В П Иванов О А и др Пробой гелия высокочастотными импульсами наносекундной длительности // 4-я Всес конф по взаимодействию электромагнитных излучений с плазмой Тез докл Ташкент- ФАН, 1985, с 102-103

2 Вихарев A JI, Гильденбург В Б , Иванов О А и др Пробой газов высокочастотным импульсом наносекундной длительности // Физика плазмы, 1986, т 12, N12, с 1503-1507

3 Vikharev A L ,Gitlin М S.,Ivanov О A et al Heating of nitrogen m a pulsed microwave discharge under strong excitation of electron levels //Proc 18th Intern conf on phenomena in ionized gases Swansea, UK, 1987, p 46-47

4 Vikharev A L, Gildenburg V В , Ivanov OA et al Study of gas ionization m a nanosecond microwave pulse // Ibid, p 106-107

5 Вихарев A.JI, Иванов О A, Степанов A H Наносекундный СВЧ разряд в газе. И Высокочастотный разряд в волновых полях Горький ИПФ АН СССР, 1988, с 212-229

6 Бабин А А., Вихарев A JI, Гинцбург В А Иванов О А Азотный лазер, возбуждаемый свободно локализованным СВЧ разрядом// Письма в ЖТФ, 1989, т 15, N5, с 31-33

7 Babm А А, Vikharev A L, Gmtsburg V А, Ivanov OA et al A nitrogen laser pumped by a freely localized microwave discharge // Proc 19th Intern conf. on phenomena in ionized gases Belgrade, Yugoslavia, 1989, p 632-633

8 Богатев H A , Брижинев M П ,Вихарев A.JI Иванов О А и др Наносекундный СВЧ разряд в газе высокого давления // Всес семинар по высокочастотному пробою газов Тез докл Тарту ТГУ, 1989, с 59-61

9 Брижинев М П, Вихарев A JI, Голубятников Г Ю Иванов О А и др Ионизация газа низкого давления в сверхсильном СВЧ поле // ЖЭТФ, 1990, т 98, N2, с 434-445

10 Вихарев А Л, Иванов О А, Ким А В Газовые лазеры с накачкой СВЧ излучением // Релятивистская высокочастотная электроника Горький ИПФ АН СССР, 1990, вып 6, с 256-296

11 Vikharev A L, Golubyatnikov G Yu, Ivanov OA et al Gas ionization in a superstrong microwave field // Proc 10th European conf on atomic and molecular physics of ionized gases, Orleans, France, 1990, p 140-141

12 Vikharev A L, Golubyatnikov G Yu , Ivanov OA et al Plasma decay in nitrogen-oxygen mixtures after nanosecond microwave pulse // Ibid , p 266267

13 Vikharev A L , Ivanov О A, Kim A V, Litvak A G Ultraviolet radiation of artificial ionized layer in the upper atmosphere // Proc 20th Intern conf on phenomena m ionized gases Pisa, Italy, 1991, p 45-46

14 Buxapee A JI, Иванов OA , Степанов A H Газовый УФ-лазер с накачкой СВЧ излучением //Ас 1597067 (СССР), кл Н 01 s 3/097, заявка N4458473 от И 07 88г

15 Иванов О А , Лирин С Ф Возбуждение электронных уровней азота в разряде низкого давления в сверхсильном СВЧ поле // 8-я Всес конф по физике низкотемпературной плазмы Минск ИТМО АН БССР, 1991, ч1, с 35-36

16 Вихарев А Л., Горбачев А М, Иванов О А, и др Численное моделирование азотного лазера, возбуждаемого наносекундным СВЧ разрядом // Тр межд совещ Высокочастотный разряд в волновых полях Тез докл Ташкент, 1992, с 39-40

17. Иванов О А , Лирин С Ф Возбуждение электронных уровней азота в газовом разряде низкого давления в сверхсильном СВЧ поле // Физика плазмы, 1992, т 18, вып 1, с.124-127

18 Vikharev A L, Gorbachev А М., Ivanov О А, et al Creation of the artificial ionized layer by microwave beams for the ozone generation m the upper atmosphere //ICPIG-XXI Bochum, 1993, V 1,P 123-124.

19 Vikharev A L , Gorbachev A M, Ivanov О A, et al Plasma parameters and induced UV radiation of filament m a high pressure microwave discharge. //Ibid, P 127-128

20 Vikharev A L , Gorbachev A M , Ivanov OA et al Modeling of plasma chemical processes in the artificial ionized layer in the upper atmosphere by nanosecond corona discharge //Physics Letters A, 993, V 179, N 2, p 122126

21 Иванов О A , Колыско А Л Манометр с фотоэлектрической регистрацией // Приборы и техника эксперимента, 1993, Т 5, С 205-207

22 Vikharev A L, Gorbachev А М , Ivanov О A et al Modeling of the creation and kinetics of the artificial ionized layer m the upper atmosphere // J Geophys Res D, 1994, V 99 , N 10, P 21097-21108

23 Ахмеджанов P A, Вихарев А Л, Горбачев A M Иванов О А и др Генерация озона в импульсно-периодическом наносекундном СВЧ разряде в воздухе. //Материалы конференции "Физика и техника плазмы" 1994 Минск БГУ Т 2. с 421-424

24 Вихарев А Л , Горбачев А М , Иванов О А, Колыско А Л. Параметры плазмы и динамика формирования нитевидных образований в СВЧ-разряде высокого давления // ЖЭТФ, 1994, т 106, вып 1(7), С 172-185

25 Вихарев А Л , Горбачев А М, Иванов О А, и др Индуцированное УФ излучение наносекундного СВЧ разряда в азоте, возбуждаемого в поле цилиндрической ТЕ-волны. // Квантовая электроника, 1994, т21, №7, С 647-650

26 Vikharev A L, Gorbachev A M, Ivanov О A, et al Nitrogen laser excited by a nanosecond microwave discharge in the field of a cylindrical ТЕ mode // Proc of the workshop Strong microwave m plasma N Novgorod

1994, V1,P 293-298

27 Vikharev A L, Ivanov О A, Litvak A G Nonequilibnum plasma produced by microwave nanosecond radiation parameters, kinetics, practical applications //Ibid, V.l,P.187-208

28 Вихарев АЛ, Горбачев A.M, Иванов О А, Колыско AJ1 Распад плазмы нано-секундного СВЧ-разряда в воздухе // Прикладная физика, 1994, выл 4, с 38-43

29 Vikharev A L, Gorbachev А М, Ivanov О А, et al A nitrogen laser excited by nanosecond microwave discharge - J Phys D // Appl Phys,

1995, v 28, p 523-529

30 Akhmedzhanov R A, Vikharev A L, Gorbachev A M , Ivanov О A, et ai Nanosecond microwave discharge as an ozone source in the upper atmosphere // Physics Letters A, 1995, v 207, p 209-213

31 Akhmedzhanov R A, Vikharev A L, Gorbachev A M , Ivanov О A, et al Freon destruction m a nanosecond corona discharge // Proc of 17th symposium on plasma physics and technology Prague, 1995, P.317-319

32 Akhmedzhanov R A, Vikharev A L, Gorbachev A M , Ivanov О A, Ko-Iisko A L Dynamics of ozone formation m nanosecond microwave discharge /ЯСРЮ-XXU Hoboken (USA) 1995. V 1 P 123-124.

33 Ахмеджанов P A, Вихарев А Л, Горбачев A M , Иванов О А и др Разрушение фреона в наносекундном коронном разряде //Труды конференции ФНТП, Петрозаводск, 1995, т 1, с 57-60

34 Вихарев A JI, Иванов О А Неравновесная плазма, создаваемая наносе-кундным СВЧ излучением // Труды конференции ФНТП, Петрозаводск, 1995, т 1, с 66-69

35 Ахмеджанов Р А, Вихарев A JI, Горбачев А М., Иванов OA и др Генерация озона в импульсно-периодическом наносекундном СВЧ разряде в воздухе //Письма в ЖТФ, 1995, Т 21, вып 9, С 26-31

36 Vikharev A L., Ivanov О А, Litvak A G Creation of artificial ionized layer in the atmosphere by microwave nanosecond radiation // Microwave plasma and its applications Ed by Yu A Lebedev, Moscow Phys Society,

1996, P 391-405

37 Вихарев A JI, Горбачев A M, Иванов О А и др Определение эффективности разрушения фреона в распадающейся плазме наносекундного СВЧ разряда //ЖТФ, 1996, Т 66, N 7, С 56

38 Vikharev A L, Ivanov О А, Litvak A G Nonequilibnum plasma produced by nanosecond radiation- parameters, kinetics, and practical applications // IEEE Trans Plasma Sci, 1996, v 24, №2, p 460-474

39 Ахмеджанов P А .Вихарев А Л, Горбачев A M, Иванов OA и др О роли атомов кислорода 0(3Р) в разрушении фреона в наносекундном коронном разряде //Письма в ЖТФ, 1996, Т 22, вып 3, С 29-36

40 Ахмеджанов Р А, Вихарев A JI, Горбачев А М, Иванов О А и др Исследование процессов разрушения фреона-113 в наносекундном коронном разряде //ТВТ, 1997, т 35, №4, с 524-537

41 Akhmedzhanov R А, Vikharev A L, Gorbachev А М, Ivanov О А, et al. Energy cost of ozone production in nanosecond microwave discharges // Proc XXIII Intern, conf on plenomena m ionized gases Toulouse, France, 1997, V l,p 272-273

42. Akhmedzhanov R A, Vikharev A L , Gorbachev A M, Ivanov О A, et al The mam chanels of freon dectruction m nanosecond corona discharge // Ibid, p 274-275

43 Ахмеджанов P A, Вихарев A JI, Горбачев A M , Иванов О А. и др Исследование процесса образования озона в наносекундном СВЧ разряде в воздухе и кислороде // ЖТФ, 1997, т 67, №3, с 9-18.

44 Вихарев A JI, Горбачев А М., Иванов О А, Колыско А.Л Как штопать озоновые дыры И Российская наука Выстоять и возродиться М Наука Физматлит, 1997, 368с

45 Ахмеджанов Р А, Вихарев А Л, Горбачев А М, Иванов О А, и др. Влияние электродинамической структуры СВЧ-разряда на эффективность диссоциации кислорода в воздухе И Физика плазмы, 1997, т 23, №1, с 58-67

46 Вихарев А Л, Горбачев А М, Иванов О А и др Активный компрессор СВЧ-импульсов на осесимметричной моде круглого волновода // Письма в ЖТФ, 1998, Т 24, №20, С 6-11

47 Vikharev A L, Gorbachev А М., Ivanov О А, et al Active microvawe pulse compressors employing oversized resonators and distributed plasma switches //Advanced Accelerator Concepts, Eighth Workshop, Wes Law-son, С Bellamy and D F Brosius eds , AEP Conf Proc 472,975, 1998

48. Vikharev A L , Gorbachev A M, Ivanov О A , et. al 100 MW active X-band pulse compressor // IEEE Conf of Partical Accelerator, New York, 1999, Proc 1-5,1474

49 Иванов О A, Ахмеджанов P A , Иванова Л С Эволюция продуктов разрушения примеси фреона-113 в в воздухе под воздействием наносе-кундных коронного и микроволнового разрядов // ТВТ, 1999, т37, вып 5, с.801-808

50 Ivanov О А, Akhmedzhanov R А, Ivanova L S Destruction of freon admixture in air m nanosecond microwave and corona discharges. //Proc XXIV Intern conf on plenomena in ionized gases Warsaw, Poland, 1999, Vl,p 117-118

51 Гуревич А В , Литвак А Г, Вихарев А Л, Иванов OA и др Искусственная ионизованная область как источник озона в стратосфере // УФН 2000 Т 170 № 11. С 1181

52 Gold S Н, Kmkead А К, Nezhevenko О А , Hirshfield J.L, Yakovlev V Р , Vikharev A L , Ivanov О А, et al "High power accelerator R&D at the

NRL 11,424-GHz magnicon facility, //Advanced Accelerator Concepts, AIP Conf Proc 2002, p.278-283.

53. Vikharev A L , Gorbachev A M, Ivanov О A, Isaev V A, Kuzikov S V, Koldanov V.A., Hirshfield JL. "Development and research of plasma switches of high power microwaves" //Proceedings of the International Workshop "Strong microwaves ш plasmas" N Novgorod, Ed by A G Litvak, v 1,2003, p.270-275

54 Vikharev AL, Gorbachey AM, Ivanov O.A., et al. Microwave active pulse compression using plasma switches // Ibid., p 90-104.

55 Вихарев А Л, Горбачев A M., Иванов О А., и др." Исследование активных СВЧ компрессоров, возбуждаемых излучением магникона на частоте 11,4 ГГц, //Изв. Вузов. Радиофизика, 2003, т 46, вып. 10. С.897-906

56 Vikharev A L., Gorbachev А М , Ivanov OA et al, High-power test of a two channel X-band active RF pulse compressor using plasma switches //High Energy Density and High Power RF, 6th Advanced Accelerator Concepts Workshop, edited by S.H Gold and G S Nusmovich, AIP Conf Proc , Melville, New York, 2003,691, p 197-202.

57. Vikharev A L, Gorbachev A.M, Ivanov OA et al, "Plasma Switch for X -Band Active SLEDII RF Pulse Compressor" Proceedings of the Eleventh Advanced Accelerator Concepts Workshop, Stony Brook, New York 21 -26 June 2004, Editor Vitaly Yakimenko, (AIP conference proceedings vol 737, p 790-796)

58 Иванов О A, Лобаев M A , Вихарев А. Л ,и др Исследование мульти-пакторного разряда на поверхности кварцевых трубок в плазменных переключателях большой СВЧ мощности // Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП -2004 Петрозаводск, т.2, с. 139-144

59. Vikharev A.L., Gorbachev А М, Ivanov О.A et al. Experiments on active RF compressors using plasma switches //AIP Conf. Proc , v.47,2005

60 Vikharev A L, Ivanov О A, Gorbachev A M, et. al. "Active compression of rf pulses" //Proceedings of the NATO Advanced Research (Workshop on Quasi - Optical Control of Intense Microwave, Nizhny Novgorod, Russia, 17-20 feb 2004) NATO Science Series П vol 203 "Quasi -Optical Control of Intense Microwave Transmission" edited by J L. Hirshfield and M I Petelin, 2005, p 199-216

61. Вихарев А Л, Иванов О А "Плазмохимические процессы в плазме наносекундных СВЧ разрядов". // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т VIII-I, гл 6 М ЯНУС-К 2006

Иванов Олег Андреевич

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАЗМЕ НАНОСЕКУНДНЫХ СВЧ РАЗРЯДОВ

Автореферат

Подписано к печати 31 07 07 Формат 60 х 90 '/16 Бумага офсетная № 1 Печать офсетная Уел печ л 3,0 Тираж 110 экз Заказ X» 100(2007)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950, г Н Новгород, ул Ульянова, 46

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСЕКУНДНЫХ СВЧ РАЗРЯДОВ.

1.1. Установки для создания разряда на основе релятивистских СВЧ генераторов

1.1.1. Установки для исследования частоты ионизации в СВЧ поле.

1.1.2. Установки для исследования кинетических и плазмохимических процессов.

1.1.3. Установка для исследования разряда в сверхсильных СВЧ полях.

1.2. Установка для создания наносекундного разряда на основе активного компрессора СВЧ импульсов.

1.2.1. Существующие конструкции компрессоров СВЧ импульсов.

1.2.2. Установка для создания наносекундного разряда на основе магнетрона и компрессора СВЧ импульсов.

1.3. Установка для исследования наносекундного коронного разряда.

1.4. Применяемые методы диагностики.

1.4.1. Методы скоростной фоторегистрации.

1.4.2. Методы измерения концентрации электронов.

1.4.3. Измерение энергии электронов.

1.4.4. Методы диагностики продуктов плазмохимических реакций.

1.4.5. Измерения поступательной и колебательной температуры газа.

ГЛАВА 2. ПАРАМЕТРЫ И СТРУКТУРА НАНОСЕКУНДНОГО СВЧ РАЗРЯДА

2.1. Процессы ионизации в наносекундном СВЧ разряде.

2.1.1. Частота ионизации и пороговое поле импульсного пробоя.

2.1.2. Кинетическая теория ионизации газов в сильном СВЧ поле.

2.2. Исследование процесса ионизации газов в наносекундном СВЧ разряде.

2.2.1. Измерения частоты ионизации при средних и высоких давлениях.

2.2.2. Измерение частоты ионизации в сверхсильном поле при низком давлении.

2.2.3. Порог пробоя в неоднородном сверхсильном СВЧ поле при низких давлениях.

2.2.4. Расчет скорости ионизации в сверхсильных СВЧ полях.

2.2.5. Энергетический спектр электронов при низких давлениях.

2.3. Динамика и пространственная структура наносекундных СВЧ разрядов.

2.3.1. Дискретная структура разряда при высоких давлениях.

2.3.2. Особенности структуры СВЧ разряда атмосферного давления.

2.3.3. Переход от дискретного разряда к однородному.

2.3.4. Кинематика волны пробоя в наносекундном СВЧ разряде.

2.4. Процессы с участием молекул в электронно возбужденных состояниях.

2.4.1. Влияние сильных полей на динамику и пространственное распределение светимости в наносекундном разряде.

2.4.2. Возбуждение электронных уровней молекул в сверхсильном СВЧ поле.

2.5. Концентрация электронов и распад плазмы.

2.5.1. Дополнительная ионизация плазмы после разряда в сверхсильном СВЧ поле

2.5.2. Распад плазмы наносекундного СВЧ разряда в азоте.

2.5.3. Деионизация плазмы наносекундного СВЧ разряда в кислороде.

2.5.4. Распад плазмы наносекундного СВЧ разряда в воздухе.

2.5.5. Распад плазмы в инертных газах.

2.6. Релаксация температуры электронов.

ГЛАВА 3. УФ ИЗЛУЧЕНИЕ ПЛАЗМЫ НАНОСЕКУНДНЫХ СВЧ РАЗРЯДОВ.

3.1. УФ-лазеры с СВЧ накачкой. Обзор экспериментальных результатов.

3.2. УФ лазеры, возбуждаемые наносекундным СВЧ разрядом в волновом пучке

3.2.1. Конструкция лазера и условия эксперимента.

3.2.2. Результаты экспериментов.

3.3. Релаксация электронных уровней азота после наносекундного СВЧ разряда

3.4. Численная модель азотного лазера в поле цилиндрической ТЕ волны.

3.4.1. Постановка задачи и основные уравнения.

3.4.2. Результаты расчета и их обсуждение.

3.4.3. Индуцированное УФ излучение стримерных образований в наносекундном СВЧ разряде высокого давления.

3.5. УФ излучение искусственной ионизованной области в верхней атмосфере.

3.5.1. Условия необходимые для генерации индуцированного УФ излучения свободно локализованным разрядом в атмосфере.

3.5.2. Использование оптического излучения наносекундных СВЧ разрядов для диагностики малых составляющих атмосферы.

3.5.3. Наносекундный СВЧ разряда в верхней атмосфере как референтный источник излучения для адаптивной оптики.

ГЛАВА 4. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В НАНОСЕКУНДНОМ СВЧ РАЗРЯДЕ В АЗОТНО-КИСЛОРОДНЫХ СМЕСЯХ.

4.1. Синтез озона в кислороде.

4.1.1. Динамика образования озона в наносекундном СВЧ разряде в кислороде. Результаты экспериментов.

4.1.2. Численное моделирование процессов синтеза озона в импульсно-периодическом наносекундном СВЧ разряде в кислороде.

4.1.2.1. Моделирование СВЧ разряда.

4.1.2.2. Основные каналы образования и разрушения озона в кислороде.

4.1.2.3. Влияние электрон-ионных процессов и колебательной кинетики на генерацию озона.

4.1.3. Процессы определяющие величину стационарной концентрации озона.

4.2. Синтез озона в азотно-кислородных смесях.

4.2.1 Основные каналы образования озона и диссоциации кислорода в воздухе.

4.2.2. Динамика образования озона и окислов азота. Результаты экспериментов.

4.2.3. Анализ результатов экспериментов.

4.2.4. Влияние температуры газа на процесс синтеза озона.

4.2.5. Энергетическая цена образования озона и оптимальные условия диссоциации молекул кислорода.

4.2.5.1. Энергетическая цена образования молекул озона.

4.2.5.2. Оптимальные условия диссоциации молекул кислорода в разряде.

4.2.6. Расчет энергоцены диссоциации кислорода в воздухе.

4.3 Наносекундный СВЧ разряд как источник озона в стратосфере.

4.3.1. Схема создания искусственной ионизованной области в верхней атмосфере

4.3.2. Образование и разрушение озона в натурных условиях.

4.3.3. Динамика малых составляющих атмосферы в наносекундном СВЧ-разряде.

4.3.4. Оптимальное расположение источника озона.

4.3.5. Расчеты энергетической цены образования озона в ИИО.

4.3.6. Соотношение между Оз и NOx в ионизованной области.

4.3.7. Формирование искусственного озонового слоя.

ГЛАВА 5. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАЗМЕ НАНОСЕКУНДНЫХ ГАЗОВЫХ РАЗРЯДОВ ВО ФРЕОНО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЯХ.

5.1. Энергоцена разрушения фреона в наносекундных разрядах.

5.1.1. Разрушение фреона в распадающейся плазме СВЧ разряда.

5.1.2 Оценка эффективности разрушения фреона в распадающейся плазме.

5.2. Основные каналы разрушения фреона в наносекундных разрядах.

5.3. Роль атомов 0(3Р) в процессе деструкции фреонов.

5.4. Продукты плазмохимических реакций разрушения фреонов в воздухе.

5.4.1.Динамика окислов азота и хлора при малом содержании фреона.

5.4.2. Численное моделирование плазмохимических процессов во фреоно-воздушных смесях.

5.4.3. Эволюция радикалов фреона в наносекундном СВЧ разряде.

5.5. Основные каналы трансформации CFC в наносекундных разрядах.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА МОЩНЫХ ИСТОЧНИКОВ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВРЕМЕННОЙ КОМПРЕССИИ СВЧ ИМПУЛЬСОВ

6.1. Временная компрессия СВЧ импульсов.

6.1.1. Физические основы активной компрессии СВЧ импульсов.

6.1.2. СВЧ компрессоры с использованием сверхразмерных резонаторов.

6.1.3. Компрессоры СВЧ импульсов на основе брэгговских рефлекторов.

6.2. Электрически управляемые плазменные переключатели.

6.2.1. Переключатели на основе брэгговских рефлекторов.

6.2.2. Плазменный переключатель с активной и пассивной секциями на основе скачкообразного расширения круглого волновода.

6.2.3. Резонансный плазменный переключатель.

6.3. Генератор импульсов высокого напряжения и особенности наносекундного пробоя газоразрядных трубок, применяемых в плазменных переключателях.

6.3.1. Генератор наносекундных импульсов высокого напряжения.

6.3.2. Наносекундный высоковольтный пробой длинных газоразрядных трубок.

6.4. Одноканальный брэгговский компрессор 3-см диапазона длин волн.

6.4.1. Усиление по мощности и эффективность сжатия импульсов в одноканальном компрессоре.

6.4.2. Тестирование компрессора на высоком уровне СВЧ мощности.

6.5. Двухканальный СВЧ компрессор с З-dB направленным ответвителем.

6.5.1. Конструкция двухканального СВЧ компрессора.

6.5.2. Квазиоптический З-dB направленный ответвитель.

6.5.3. Измерения фазы в сжатых импульсах на низком уровне СВЧ мощности.

6.5.4. Двухканальный компрессор с воздушной изоляцией, возбуждаемый СВЧ импульсами магнетрона.

6.6. Двухканальный 100-мегаваттный СВЧ компрессор возбуждаемый излучением магникона на частоте 11,4 ГГц.

6.6.1. Двухканальный компрессор проходного типа, возбуждаемый мегаваттными СВЧ импульсами.

6.6.2. Двухканальный компрессор с объединенным элементом ввода-вывода энергии, возбуждаемый мегаваттными СВЧ импульсами.

Настоящая диссертация посвящена исследованию СВЧ разрядов в волновых пучках, создаваемых в газах излучением большой интенсивности и малой (наносекундной) длительности. Развиваемое в ней направление связано с изучением разрядных явлений в сильных и сверхсильных волновых полях, в которых колебательная энергия электронов становится сравнимой или превышает среднюю тепловую энергию электронов (температуру) и даже потенциал ионизации атомов и молекул. Диссертация охватывает широкий круг вопросов, включающих разработку мощных источников СВЧ излучения, исследование структуры и параметров, создаваемого с их помощью наносекундного разряда, а также изучение кинетических и плазмохимических процессов в сильно неравновесной разрядной плазме, определяющих ее химическую активность и возможность практического использования.

Начало исследованиям СВЧ разрядов было положено в 40-х годах прошлого века и было связано с развитием радиолокационной техники и систем связи. На начальной стадии исследований СВЧ разряд рассматривался как нежелательное явление, приводящее к пробою волноводных трактов и ограничению передаваемой по ним мощности. Поэтому исследования в основном ограничивались определением порогов пробоя [1,2] в целях увеличения электрической прочности элементов волноводных трактов и антенн. В дальнейшем изучение разряда приобрело более широкий характер, связанный с возможностью практического использования "чистой", удаленной от электродов и стенок разрядной камеры, низкотемпературной плазмы. Эти исследования в значительной мере явились основой для развития таких фундаментальных направлений как электродинамика и кинетика плазмы в быстропеременных электромагнитных полях. Одновременно расширялись и прикладные области использования СВЧ разряда. Так, СВЧ разряд в волноводах и резонаторах нашел широкое применение в плазмохимии, плазменных технологиях обработки и создания новых материалов, в качестве активной среды мощных газовых лазеров.

Появление мощных и эффективных источников СВЧ излучения сантиметрового и миллиметрового диапазона (гиротронов и магнетронов) привело к возможности создания и изучения нового типа газового разряда - свободно локализованного разряда в волновых пучках. При этом большое влияние на постановку задачи о взаимодействии мощного СВЧ излучения с газоразрядной плазмой оказали исследования, связанные с изучением распространения мощных радиоволн в ионосфере [3,4]. Первые наблюдения свободно локализованного СВЧ разряда, по-видимому, относятся к началу 60-х годов [5,6]. Разряд создавался в непрерывном [5] или импульсном [6] режимах сфокусированным пучком электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Целенаправленные теоретические и экспериментальные исследования разряда в волновых пучках начали проводиться с начала 70-х годов в ИПФРАН, ИОФРАН, ИРЭ, МРТИ, МГУ им. М.В.Ломоносова и ряде других организаций. Отметим, что в большинстве проведенных экспериментов [7-22], разряд создавался СВЧ импульсами достаточно большой (микросекундной) длительности и относительно невысокой (от десятков до сотен киловатт) интенсивности. В ходе этих исследований был собран обширный материал о структуре и параметрах СВЧ разряда, создаваемого в широком диапазоне экспериментальных условий и физических ситуаций (самостоятельный, несамостоятельный, инициированный, неравновесный и квазиравновесный разряды, СВЧ разряд в пересекающихся волновых пучках).

Экспериментальные исследования, наряду с параллельно проводившимися теоретическими исследованиями, позволили выработать основные физические представления о газоразрядных явлениях в волновых пучках умеренной интенсивности. Было отмечено, что такой разряд является существенно нелинейным объектом, структура, динамика и параметры которого в значительной мере определяются совместной (самосогласованной) эволюцией электромагнитного поля и разрядной плазмы [7,8,12]. Установлено, что при высоком уровне СВЧ мощности основным механизмом распространения самостоятельного разряда является волна пробоя [7,12,23-25], а при более низком (допробойном) уровне определяющее влияние на скорость распространения разряда оказывают нагрев газа и ионизирующее УФ излучение из плазмы, создающее плазменный ореол, в котором поглощается заметная доля падающей мощности [8,9,26-29]. Был обнаружен целый ряд неустойчивостей, возникающих при длительном взаимодействии СВЧ излучения с создаваемой им плазмой и приводящих к дроблению первоначально однородного разряда на отдельные мелкомасштабные образования. Некоторые из этих неустойчивостей имеют электродинамическую природу, связанную с взаимным усилением возмущений поля и концентрации электронов и сопровождаются расслоением плазмы поперек вектора электрического поля [7,12,30-31]. Другие (ионизационно-перегревные) неустойчивости наблюдаются при высоких давлениях, когда частота соударений электронов превышает частоту поля, и приводят к образованию вытянутых вдоль вектора электрического поля тонких каналов и нитей. В основе физического механизма этой неустойчивости лежат кинетические процессы, определяющие динамику нагрева и возбуждения газа в области разряда [7-9,31-34]. Другим механизмом, приводящим к образованию нитей (получивших название высокочастотных стримеров [35-37]), является последовательный пробой газа в области локального усиления поля, возникающего на мелкомасштабных плазменных неоднородностях с закритической плотностью. В ходе исследований были также определены условия поддержания разряда в импульсно-периодическом режиме [16,38-39] и в режиме программируемого импульса [14] с изменяющейся во времени плотностью потока энергии.

Наряду с решением фундаментальных проблем физики газового разряда, проводимые исследования в значительной мере были обусловлены широтой и разнообразием возможных практических приложений разряда в волновых пучках. Так, мощные пучки электромагнитных волн могут использоваться и уже используются для электронно-циклотронного нагрева плазмы в установках термоядерного синтеза [40,41], получения многозарядных ионов для ускорителей заряженных частиц [42,43], для передачи энергии от солнечных космических электростанций на Землю, с последующей трансформацией в энергию постоянного тока в плазменном факеле [44-46]. Создаваемая СВЧ излучением различных частотных диапазонов, неравновесная плазма широко применяется в целях повышения энергоемкости рабочей среды мощных газовых лазеров [21,47-53] и плазмохимических реакторов [54,56].

Таким образом, к настоящему времени собрана достаточно полная информация о структуре, механизмах распространения, концентрации и температуре электронов, скорости и величине нагрева газа, изменении его плотности, энерговкладах и степени колебательной неравновесности плазмы разряда, создаваемого в волновых пучках СВЧ излучением умеренной интенсивности и относительно большой (х>10"6 с) длительности.

Успехи релятивистской СВЧ электроники [70-80] открыли по существу новый раздел физики газового разряда - исследование ионизационных и кинетических процессов в плазме, создаваемой под воздействием сильных электромагнитных полей наносекундной длительности1. Достигающиеся в таком разряде высокие осцилляторные энергии электронов (часто значительно превышающие потенциал ионизации атомов и молекул I,) обусловили появление целого ряда эффектов, не наблюдавшихся при пробое газов в полях меньшей интенсивности, где « £ < /( (<?- средняя энергия электронов). При этом использование волновых пучков предоставляет уникальную возможность получения свободно локализованного наносекундного разряда на значительном удалении от источника СВЧ излучения. Эта особенность позволила предложить такой разряд для создания в верхней атмосфере Земли искусственной ионизованной области (ИИО) для ретрансляции и отражения радиоволн [57,58], улучшения экологического состояния

1 Некоторые вопросы, касающиеся процессов ионизации и структурообразования в наносекундном СВЧ разряде, освещены в диссертации А.Л. Вихарева [13]. атмосферы [59-65] и диагностики ее малых составляющих [66], восполнения убыли озона в области локальных озоновых "дыр" [51 А], создания референтных источников света (искусственной "радиозвезды") в целях компенсации влияния турбулентности атмосферы на работу наземных оптических телескопов [67-69].

Специфика наносекундного разряда связана с необходимостью использования высоких значений амплитуды электрического поля, что, с одной стороны, потребовало проведения измерений скорости ионизации газа в сравнительно слабо изученной области больших энергий осцилляторного движения электронов, а с другой - благодаря высоким значениям этой скорости привело к существенному изменению пространственно-временной картины развития разряда. В частности, последнее может выражаться в появлении дискретных, не сливающихся между собой очагов, ионизации на каждом отдельном первичном электроне и изменении кинематики волны пробоя. С высоким значением частоты ионизации электронным ударом связан эффект автопреобразования частоты электромагнитного импульса в ионизируемой под его воздействием среде [81]. В сильном СВЧ поле зависимость сечений большинства элементарных процессов от энергии электронов становится падающей. Вследствие этого могут наблюдаться такие эффекты как запаздывание оптической светимости разряда относительно СВЧ импульса, несовпадение пространственного распределения светимости и концентрации электронов в неоднородном поле, ионизационное самоканалирование излучения в плазме [82]. Кроме того, кинетические процессы оказывают существенное влияние на параметры наносекундного разряда, определяя неустойчивости разрядной плазмы, ее распад, излучательную способность и химическую активность.

Разряд, создаваемый СВЧ излучением большой интенсивности и малой длительности является сравнительно новым объектом и для плазмохимических исследований газового разряда. В плазме наносекундного разряда достигаются высокие плотности электронно-возбужденных частиц и радикалов, поскольку основная часть поглощенной СВЧ энергии идет на ионизацию, диссоциацию и возбуждение электронных уровней молекул и атомов. В этих условиях плазмохимические процессы в сильно неравновесной (вследствие очень малого времени взаимодействия), плазме также имеют свои характерные особенности.

В настоящее время для осуществления плазмохимических технологических процессов широко используются газовые разряды различных типов: от коронного и барьерного с короткой наносекундной длительностью до непрерывных высокочастотных и дуговых [54-56,83]. Плазма непрерывных и импульсных СВЧ разрядов небольшой мощности широко применяется в микроэлектронике в процессах травления и осаждения различных пленок и в плазмохимических технологиях [84,85]. Выбор того или иного вида разряда зависит от типа конкретного плазмохимического процесса и связан с минимизацией энергозатрат на его проведение. Для одних процессов необходимо создавать условия для эффективной диссоциации молекул в разряде и возбуждения их электронных уровней, для других плазмохимические реакции протекают наиболее эффективно в условиях сильного колебательного возбуждения молекул [55]. Поэтому для достижения максимальной эффективности плазмохимических процессов энергию необходимо вкладывать селективно в каналы, обеспечивающие оптимальные условия протекания химических реакций в разрядной плазме. Например, наносекундные коронный и барьерный разряды нашли широкое применение в процессах генерации озона и радиационно-плазмохимических методах очистки газовых выбросов различных производств. Эти технологии основаны на наработке в разряде химически активных частиц и радикалов, активно участвующих в химических реакциях, разрушающих вредные примеси. При этом селективность необходимых процессов обеспечивается высокими значениями напряженности электрического поля, и, следовательно, высокой скоростью процессов диссоциации и возбуждения электронных уровней молекул. Действительно, коэффициенты диссоциации большинства газов [86] достигают максимума при значениях приведенного электрического поля Е/Ы ~ (1ч-4)-10"15 В-см2 (Е-напряженность электрического поля, ^концентрация молекул). Для высоких давлений газа р ~ 760 Тор, когда химические реакции протекают наиболее интенсивно, концентрация молекул

19 3 достигает значений N0 ~ 2,6 10 см" . Отсюда следует, что при высоком давлении газа для эффективной наработки радикалов напряженность электрического поля в разряде должна достигать нескольких десятков киловольт на сантиметр. Кроме того, сама величина порога пробоя при атмосферном давлении составляет величину Еь ~ 30 кВ/см. Такие напряженности электрического поля реализуются в коронном и барьерном разряде [83,87] вследствие эффекта усиления поля на коронирующем электроде и в области головки стримерных образований, характерных для этого типа разрядов, а также в мощных СВЧ импульсах наносекундной длительности.

Исследования показали, что плазма, создаваемая наносекундными СВЧ импульсами весьма близка по своим свойствам к плазме разряда, создаваемого электронным пучком. В то же время высокие значения приведенного электрического поля, энерговклад в плазму, величина концентрации и температуры электронов, а часто и степень неоднородности плазмы оказываются в таком разряде близкими к параметрам импульсного коронного разряда. Это делает наносекундный СВЧ разряд привлекательным для различных плазмохимических приложений.

Первоначально, интерес к наносекундному СВЧ разряду определялся в основном перспективами его использования для создания радиоотражающих областей искусственной ионизации в атмосфере Земли [57,58]. Дальнейшие исследования были посвящены анализу экологических последствий воздействия мощного электромагнитного излучения на атмосферу [88-90]. Эксперименты [88-90] проведенные с СВЧ разрядами микросекундной длительности показали, что из-за сильного нагрева газа в таком разряде эффективно образуются окислы азота, создающие угрозу озоновому слою Земли. Принципиально иная ситуация реализуется в наносекундном СВЧ разряде. Высокие значения приведенного электрического поля приводят к преимущественному вложению энергии в ионизацию и диссоциацию молекул, а незначительный нагрев газа играет роль своего рода закалки продуктов, предотвращая их термическое разложение. Эти особенности, наряду с возможностью создания плазмы на большом удалении от источника излучения, позволили предложить наносекундный СВЧ разряд для очистки атмосферы от загрязнений и генерации озона в области локальных озоновых дыр. Разнообразие возможных эффектов и практических приложений стимулировало постановку целенаправленных экспериментальных исследований наносекундного СВЧ разряда в волновом пучке.

Основу диссертации составили работы [1А-61А] , посвященные экспериментальному исследованию наносекундного СВЧ разряда в волновых пучках и разработке мощных источников СВЧ излучения для создания таких разрядов, выполненные и опубликованные в период 1985-2006 гг. Исследования разряда проводились в широком диапазоне экспериментальных условий: использовались электромагнитные волны различных частотных диапазонов и поляризации, варьировалась длительность, частота повторения и мощность СВЧ импульсов, разряд создавался в гауссовом волновом пучке, в цилиндрически сходящейся и квазиплоской стоячей волнах, в свободном пространстве и кварцевых трубках, изменялись состав и плотность газа. В диссертации представлены также результаты разработки мощных источников излучения наносекундной длительности, основанных на временной компрессии СВЧ импульсов и использующих плазменные переключатели нового типа. Отметим, что до проведения настоящего цикла исследований, целенаправленного экспериментального изучения процессов, протекающих в наносекундных СВЧ разрядах, не проводилось. СВЧ пробой в газе использовался

2 Эти работы содержат материалы исследований, выполненных в ИПФРАН в рамках инициативных и ответственных тем, международных грантов и грантов РФФИ. Автор являлся ответственным исполнителем или руководителем некоторых из этих грантов и непосредственным участником проводимых исследований. Опубликованные работы написаны в соавторстве с сотрудниками, принимавшими участие в выполнении грантов. Автором внесен определяющий вклад в постановку, проведение и анализ представленных в диссертации экспериментов. разработчиками релятивистских генераторов в основном для диагностики выходных характеристик этих источников [91,92]: генерируемого типа колебаний - по пространственной структуре ионизованной области, выходной мощности - по пробойным характеристикам. Опубликованные экспериментальные работы носили несистемный характер и, как правило, касались определения пробойных полей, частот ионизации [9399] или условий распространения мощных наносекундных СВЧ импульсов через атмосферу [6,100]. Целью диссертации являлось:

1. Изучение специфики ионизационных процессов протекающих в газах под воздействием СВЧ полей большой интенсивности (в том числе "сверхсильных", когда осцилляторная энергия электронов превышает потенциал ионизации атомов и молекул) и малой длительности, а также их влияния на структуру, динамику и параметры наносекундного разряда;

2. Исследование основных кинетических и плазмохимических процессов протекающих в сильно неравновесной плазме наносекундных разрядов в волновых пучках, определяющих ее распад, степень неравновесности, излучательную способность и химическую активность;

3. Анализ перспектив и разработка основ использования свободно локализованного наносекундного СВЧ разряда в лазерной технике, плазмохимии, экологии и исследованиях атмосферы;

4. Разработка новых типов плазменных переключателей и создание на их основе мощных и эффективных компрессоров СВЧ импульсов для генерации плазмы наносекундных разрядов.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения и изложена на 352 страницах, включая 196 рисунков, 15 таблиц и список цитируемой литературы из 371 наименования. Ниже приводится краткое изложение содержания диссертации по главам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кратко перечислим основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Исследован пробой газа СВЧ импульсами большой интенсивности и малой длительности. Измерена частота ионизации в различных газах в широкой области давлений и значений приведенного электрического поля Е/р=10-103 В/см'Тор, а также в сверхсильном поле при низких давлениях, когда осцилляторная энергия электронов превышает потенциал ионизации атомов и молекул. Установлено насыщение зависимости частоты ионизации от амплитуды СВЧ поля в области параметра Е/ю=5'10"7-2Т0~6 В/см с и существование нижней границы порога пробоя по давлению, не зависящего от амплитуды поля и связанного с высокой поступательной скоростью электронов и действием пондеромоторной силы. Измерения энергетического спектра электронов в разлетающейся разрядной плазме подтвердили наличие электронов с высокой (до 3,5 кэВ) энергией при пробое газа в сверхсильном СВЧ поле. Показано, что в сверхсильном СВЧ поле константы большинства элементарных процессов падают с увеличением осцилляторной энергии электронов значительно медленнее, чем в постоянном электрическом поле той же амплитуды и чем изменяется сечение соответствующего процесса.

2. Установлено, что высокие значения напряженности электромагнитного поля достигающиеся в наносекундном импульсе существенно изменяют пространственно-временную картину развития разряда в волновом пучке. Высокая скорость ионизации и малая длительность импульса, приводят к формированию дискретной (многоплазмоидной) структуры разряда при высоких давлениях, связанной с пробоем на отдельных затравочных электронах. В сильных полях на кинематику волны пробоя начинает оказывать влияние конечное время распространения излучения вдоль оси волнового пучка, приводящее к смещению области первоначального пробоя из фокальной плоскости в направлении падающего излучения. Показано, что различный характер зависимости сечений ионизации и возбуждения электронных уровней молекул от энергии электронов приводит к наблюдаемому в экспериментах несовпадению пространственных распределений светимости и концентрации электронов и задержке оптического излучения относительно СВЧ импульса.

3. Установлено, что значительная энергия электронов (Те~1 -НО эВ), сохраняющаяся в распадающейся плазме из-за высокой степени ионизации и возбуждения газа приводит к изменению характера деионизации плазмы в различных газах. Так в азоте и кислороде наблюдается медленный рекомбинационный распад, а в воздухе обнаружен быстрый распад плазмы, характерный для диссоциативного прилипания электронов. Показано, что наряду с процессами прилипания и отлипания электронов существенное влияние на распад плазмы оказывают процессы ионной конверсии. Высокая энергия электронов связана с передачей электронам энергии при столкновении с метастабильными молекулами азота (удары 2-го рода). Обнаружено, что после пробоя газа низкого давления в сверхсильных полях в разрядной плазме остаются электроны с энергией превышающий потенциал ионизации. В процессе релаксации энергии электронов их концентрация продолжает возрастать в течение времени (0,5-1 мкс) после окончания СВЧ импульса и достигает величин, в 5-10 раз превышающих критическую для падающего излучения.

4. Продемонстрирована возможность использования наносекундного разряда в волновом пучке для накачки УФ лазеров. В экспериментах получена мощность генерации азотного лазера 60-70 кВт в поперечной схеме накачки и 100-120 кВт в продольной. Эффективность лазерной генерации составляла величину 10"4-н 10"3, а удельный энергосъем равнялся 0,5^-2 Дж/атм.л. Установлено, что при возбуждении лазерной смеси с помощью сходящейся цилиндрической ТЕ-волны в газоразрядных трубках большого диаметра происходит последовательная генерация лазерного излучения слоями плазмы расположенными на различных расстояниях от оси разряда. Такая динамика приводит к удлинению лазерного импульса и увеличению мощности генерации. Получена лазерная генерация в воздухе в свободно локализованном разряде (без трубки), в режиме усиления спонтанного излучения и продемонстрирована возможность создания атмосферного лазера с дистанционной СВЧ накачкой на переходах 2+ - системы азота. Построена численная модель азотного лазера, возбуждаемого наносекундным СВЧ разрядом в поле цилиндрической ТЕ-волны. Установлено, что подбором давления лазерной смеси, диаметра газоразрядной трубки и величины падающей СВЧ мощности можно эффективно управлять параметрами разряда, добиваясь почти полного поглощения СВЧ излучения и высокой эффективности лазерной генерации. Показаны перспективы использования свободно локализованного наносекундного СВЧ разряда в атмосфере Земли в качестве азотного лазера с дистанционной накачкой, референтного источника света (радиозвезды) для настройки наземных оптических телескопов и для диагностики малых составляющих атмосферы.

5. Изучены механизмы формирования в наносекундном СВЧ разряде атмосферного давления тонких плазменных нитей с повышенной яркостью. Показано, что причиной возникновения интенсивно излучающих нитей в наносекундном разряде высокого давления является ионизационно-перегревная неустойчивость. К развитию указанной неустойчивости может приводить быстрый нагрев газа при тушении электронных уровней молекул, эффективно возбуждающихся в разрядной плазме. Установлено, что образование плазменной нити в наноеекундном СВЧ разряде высокого давления сопровождается ростом параметра Е/Ы и концентрации электронов. При этом резко возрастает эффективность возбуждения электронных уровней молекул и мощность спонтанного излучения, а также создаются условия для возникновения инверсной населенности и режима усиления УФ излучения вдоль оси плазменной нити.

6. Показано, что динамика озона в наноеекундном разряде в кислороде существенным образом зависит от длительности, частоты повторения и энергии СВЧ импульсов. Определены оптимальные условия по приведенному электрическому полю (Е/Ы= 10"15 В-см2), при которых на диссоциацию кислорода в разряде идет максимально возможная доля энергии СВЧ импульса. Минимальная цена ~ 4 эВ получена для в разряде, создаваемом короткими (~5 не) импульсами с низкой частотой повторения. Показано, что величина квазистационарной концентрации озона в импульсно-периодическом разряде в кислороде в значительной мере определяется колебательным возбуждением молекул озона, сильно ускоряющем реакцию его гибели и диффузией, влияющей на баланс колебательной энергии.

7. Проведено исследование процесса синтез озона в наноеекундном разряде в воздухе и азотно-кислородных смесях. Показано, что в свободно локализованном СВЧ разряде, когда продукты плазмохимических реакций быстро покидают разрядную область возможна эффективная генерация озона в коротких (-5-10 не) наносекундных импульсах. Установлено, что увеличение длительности и частоты повторения импульсов приводит к разрушению образованного на начальной стадии озона в результате накопления в разрядной области окислов азота. Образование окислов связано с ростом поступательной и колебательной температур азота при увеличении энерговклада в разряд. Показано, что достижение высокой концентрации озона при минимальном количестве окислов азота при комнатной температуре возможно только при небольшом числе СВЧ импульсов в серии или низкой частоте повторения импульсов, а также при прокачке газа через область разряда. Понижение температуры газа приводит к росту эффективности генерации озона и снижению наработки окислов азота. В широком диапазоне экспериментальных условий (давления газа, мощности и длительности СВЧ импульсов, длины электромагнитной волны) определена энергоцена образования одной молекулы озона. Установлено, что эффективность диссоциации кислорода существенным образом зависит от электродинамической структуры разряда. На основании численного моделирования динамики наносекундного СВЧ разряда в широком диапазоне параметров определена эффективность диссоциации кислорода.

8. Проведен цикл исследований, посвященных разработке активного метода воздействия на стратосферу пучками мощных микроволн. На основании результатов модельных экспериментов и численных расчетов установлено, что при создании в атмосфере Земли с помощью наносекундного СВЧ-разряда в пересекающихся волновых пучках искусственной ионизованной области (ИИО) в зависимости от выбранного режима могут нарабатываться различные малые составляющие, представляющие интерес для изучения их динамики в условиях реальной атмосферы. Показано, что эффективная генерации озона в ИИО может быть осуществлена на высоте 20-25 км излучением 3-см диапазона длин волн с напряженностью электрического поля в области пересечения пучков 4-6 кВ/см СВЧ-импульсами длительностью 30-50 не. В этом случае СВЧ энергия эффективно поглощается в разрядной плазме, и имеются значения удельных энерговкладов, при которых соотношение концентраций озона и окислов азота близко к их естественному отношению в атмосфере, а энергоцена образования одной молекулы озона составляет величину ~ 30 эВ. Оптимальным режимом воздействия на атмосферу является небольшая серия наносекундных импульсов при смене местоположения ИИО путем сканирования волновыми пучками в максимуме естественного озонного слоя.

9. Экспериментально исследован процесс разрушения фреонов (СРС) в разрядах наносекундной длительности. Установлено, что механизмы деструкции фреонов в наносекундном коронном и СВЧ разрядах имеют одинаковую природу, определяемую значительной долей энергии электронов идущей на ионизацию и диссоциацию молекул при больших значениях параметра Е/Ы в этих разрядах. Проведено сравнение различных каналов разрушения фреона в зависимости от длительности импульса и содержания СБС в обрабатываемой смеси. Определена энергоцена разрушения одной молекулы СБС в разряде. Установлено, что разрушение СРС в наносекундных разрядах, в отличие от разрядов большей длительности, происходит преимущественно в областях, занятых плазмой, а энергозатраты на очистку при низком содержании фреона оказываются меньше, чем в СВЧ разрядах большей длительности. Показано, что при деструкции фреона, в первую очередь происходит разрыв С-С1 и С-С связей в молекулах СРС, а лишь затем разрушаются более прочные С-Р связи в обогащенных фтором продуктах реакций. Определены продукты разрушения фреона в разряде. Установлено, что основным продуктом разрушения фреона являются молекулы хлора, число которых близко к числу разрушенных молекул СРС. Обнаружено, что при определенных условиях конкуренция азотного и хлорного циклов приводит к замедлению распада концентрации озона. На основании данных эксперимента проведена оценка эффективности разрушения фреона с помощью наносекундного СВЧ разряда в тропосфере на высотах 15-30 км.

10. Разработаны и исследованы мощные источники наносекундного СВЧ излучения на основе временной компрессии импульсов (СВЧ компрессоры). Увеличение мощности сжатых импульсов достигнуто при использовании высокодобротных цилиндрических резонаторов, возбуждаемых на осесимметричных модах с низкими омическими потерями. Для вывода энергии из таких резонаторов разработана серия быстродействующих и электропрочных плазменных переключателей, обладающих резонансными свойствами. Изготовлены и испытаны на высоком уровне мощности различные конструкции активных СВЧ компрессоров с такими переключателями. В схеме двухканального компрессора продемонстрировано когерентное сложения сжатых в каждом из каналов СВЧ импульсов на высоком 5 МВт) уровне падающей мощности. Достигнуты рекордные по энергетике и эффективности параметры импульсов для 3-х сантиметрового диапазона длин волн. Получены сжатые импульсы мощностью 53 МВт и длительностью до 60 не с коэффициентом усиления по мощности более 10 и эффективностью компрессии 56 %.

1. Мак-Доналд А. Сверхвысокочастотный пробой в газах. // М.: Мир, 1969, 212с.

2. Голант В.Е. Газовый разряд на сверхвысоких частотах. //УФН, 1958, т.65, N1, с.39-86.

3. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме.//М.:Наука, 1967, 684с.

4. Гуревич A.B., Шварцбург А.Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. // М.: Наука, 1973, 272 с.

5. Allison J., Cullen F.L., Zavody A.A Microwave plasma discharge. // Nature, 1962, v.193,1. N.4811, P.72-73.

6. Scharfman W.E., Taylor W.C., Morita T. Breardown limitation on the transmition of microwave power through the atmosphere. IEEE Trans., 1964, v. AP-12, N6, P.709-717

7. Вихарев А.Л., Гилъденбург В.Б., Ким A.B. и др. Электродинамика неравновесного высокочастотного разряда в волновых полях.// в сб. Высокочастотный разряд в волновых полях, под ред. А.Г.Литвака. НПФ АН СССР. Горький. 1988. С.41-135.

8. Голубев С.В., Грицинин С.И, Зорин В.Г. и др. СВЧ-разряд высокого давления в пучкахэлектромагнитных волн //Ibid.,. С. 136-197

9. Батанов Г.М., Грицинин С.И., Коссый И.А. и др. СВЧ-разряды высокого давления // Тр.

10. ФИАН. М.: Наука. 1985. Т.160. С.174.

11. Гилъденбург В.Б. Неравновесный высокочастотный разряд в полях электромагнитных волн. // В кн.: Нелинейные волны. Распространение и взаимодействие. М.: Наука, 1981, с.87-96.

12. Гилъденбург В.Б., Литвак А.Г. Высокочастотный разряд в полях электромагнитных волн. // В кн.: Влияние мощного радиоизлучения на ионосферу. Аппатиты: ПГИ КФ АН СССР, 1979, с.65-73.

13. Вихарев А.Л., Гилъденбург В.Б., Голубев С.В., Иванов O.A., и др. Нелинейная динамика свободно локализованного СВЧ разряда в пучке электромагнитных волн. // ЖЭТФ. 1988. Т.94. С.136-145.

14. Вихарев А.Л. Неравновесный СВЧ разряд в волновых пучках: Диссертация доктора физико-матеметических наук. Нижний Новгород. 1992.

15. Зарин A.C., Кузовников A.A., Шибкое В.М. Свободно локализованный СВЧ-разряд в воздухе. //М.: Нефть и газ, 1996, 203 с.

16. Вихарев А.Л., Гилъденбург В.Б., Иванов O.A. и др. СВЧ разряд в пересекающихся пучках электромагнитных волн.// Физика плазмы, 1984, т.10, N1, с.165-168.

17. Вихарев А.Л., Иванов O.A., Степанов А.Н. Многократный импульсный СВЧ пробой в пересекающихся волновых пучках.// Изв.вузов. Радиофизика, 1985, т.28, N1, с.36-42.

18. Гилъденбург В.Б., Семенов В.Е. Стационарная структура неравновесного СВЧ разряда в полях электромагнитных волн. // Нелинейные волны. Структуры и бифуркации. М.: Наука, 1987, с.376-382.

19. Грачев Л.П., Есаков И.И. ,Мишин Г.И. и др. Эволюция структуры газового разряда в фокусе СВЧ излучения в зависимости от давления // ЖТФ. 1994. Т.64. В.1. С.74-88.

20. Бровкин В.Г., Колесниченко Ю.Ф. Структура и характер распространения инициированного СВЧ разряда высокого давления.// Письма в ЖТФ, 1990, т. 16, N3, с.55-58.

21. Бровкин В.Г., Колесниченко Ю.Ф. Классификация структур инициированного СВЧ разряда.// Письма в ЖТФ, 1991,т. 17, N1, с.58-61.

22. Батанов Г.М., Коссый И.А., Лукъянчиков Г.С. Несамостоятельный СВЧ-разряд и возможности его использования в лазерной технике.//ЖТФ, 1980, т.50, №.2, с.346-349

23. Богатое H.A., Голубев С.В., Зорин В.Г. Несамостоятельный СВЧ-разряд в пучке электромагнитных волн. // Письма в ЖТФ, 1984, т.10, № 5, с.271-274.

24. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов.// М.:Наука, 1974, 308 с.

25. Семенов В.Е. Волна пробоя в самосогласованном поле электромагнитного волнового пучка. // Физика плазмы, 1982, т.8, № 3, с.613-618.

26. Вихарев А.Л., Иванов O.A., Степанов А.Н. Волна пробоя в самосогласованном высокочастотном поле в гелии. // Физика плазмы, 1988, т. 14, N1, с.53-59.

27. Райзер ЮЛ. Распространение сверхвысокочастотного разряда высокого давления. // ЖЭТФ. 1971. Т.61. вып1(7), С.222-234.

28. Железняк М.Б., Мнацаканян А.Х., Сизых C.B. Фотоионизация смесей азота и кислорода излучением газового разряда. //Теплофизика высших температур, 1982, т.20, N3, с.423-428.

29. Богатое H.A., Голубев C.B., Зорин В.Г. Ионизирующее излучение СВЧ-разряда. //Письма в ЖТФ, 1983, т.9, N14, с.888-891.

30. Бабаева Н.Ю., Мнацаканян А.Х., Найдис Г.В. Динамика разрядов в азоте в пучках электромагнитных волн // Физика Плазмы. 1992. Т.18. Вып.8. С.1055-1063.

31. Вихарев А.Л., Гилъденбург В.Б., Иванов O.A., и др. Мелкомасштабное дробление плазмы СВЧ разряда в пересекающихся волновых пучках при средних давлениях.// Изв. вузов Радиофизика, 1987, т.ЗО, N2, с.317-324.

32. Гилъденбург В.Б., Ким A.B. Ионизационные неустойчивости электромагнитной волны. // ЖЭТФ, 1978, Т.74, N1, с. 141-147.

33. Гилъденбург В.Б., Ким A.B. Ионизационно-перегревная неустойчивость высокочастотного разряда в поле электромагнитной волны. // Физика плазмы, 1980, т.6, N4, с.904-909.

34. Ким A.B., Фрайман Г.М. О нелинейной стадии ионизационно-перегревной неустойчивости в высокочастотном разряде высокого давления. // Физика плазмы, 1983, т.9, N3, с.613-617.

35. Аветисов В.Г., Грицинин С.И., Ким A.B., Коссый И.А. и др. Ионизационный коллапс высокочастотной плазменной нити в плотном газе. // Письма в ЖЭТФ, 1990, т.51, N6, с.306-309.

36. Гилъденбург В.Б., Гущин КС., Двинин С.А. и др. Динамика высокочастотного стримера //ЖЭТФ. 1990. Т.97. В.4. С.1151-1158.

37. Веденин П.В., Розанов Н.Е. Начальный этап развития самостоятельного СВЧ разряда высокого давления в плоскополяризованном поле. Удлинение и остановка СВЧ стримера. // ЖЭТФ. 1994. Т.105. Вып.4. С.868-880.

38. Веденин П.В., Попов H.A. Исследование параметров плазменного канала и динамика СВЧ-стримера в азоте и воздухе // ЖЭТФ. 1995. Т. 108. В.2(8). С.531-547.

39. Карфидов Д.М., Лукина H.A., Сергейчев КФ. О снижении порогов СВЧ пробоя газов воздуха' в режиме периодически повторяющихся импульсов. // Физика плазмы, 1983, т.9, N5, с. 1038- 1046.

40. Куликов В.Н., Мицук В.Е. Метастабильное состояние молекулы кислорода в роли отлипательно-активной частицы при многократном импульсном СВЧ-разряде в воздухе // Радиотехника и электроника, 1989,т.14,№1, с.66-76

41. Flyagin V.A., Alikaev V. V., Lykin K.M. et al. A gyrotron complex for electron-cyclotron plasma heating in the T-10 tokamak. //Proc.III Loint Varenna-Grenoble Int.Symp.on Heating in Toroidal Plasmas. Grenoble, 1982, v.3, p.l059-1060.

42. Аликаев В.В., Литвак А.Г., Суворов Е.В., Фрайман A.A. Электронно-циклотронный нагрев плазмы в тороидальных системах.//В кн. высокочастотный нагрев плазмы. Горький:ИПФ АН СССР, 1983,с.6-70.

43. Bouly J.L., Curdy J. С., Geller R., et.al. High current density production of multicharged ions with ECR plasma heated by gyrotron transmitter // Rev. Sei. Instr.2002.V.73. P.528-530.

44. Hitz D., Girard A., Melin G., et.al. Results and interpretation of high frequency experiments at 28 GHz in ECR ion sources, future prospects // Rev. Sei. Instr.2002.V.73. P.509-512.

45. Аскарьян Г.А., Батанов Г.М., Коссый И.А. Преобразование энергии мощного излучения в плазменном факеле. Труды ИОФ АН СССР, М.:Наука, 1988, т.16, с.3-10.

46. Аскарьян Г.А., Батанов Г.М., Бережецкая Н.К и др. Генерация мощных токов и потен-циалов при воздействии радиоволн на стержень. Прямое преобразование электро-магнитной энергии в энергию тока. // Письма в ЖЭТФ, 1979, т.29, N11, с.706-709.

47. Аскаръян Г.А., Иванов В.А., Коссый И.А. и др. Плазменно-факельное преобразование энергии СВЧ излучения в электрическую с емкостным накоплением.// Письма в ЖТФ, 1984,т.10, N4,c.201-206.

48. Young J.F., Harris S.E., WisoffP.J.K. et. al. Microwave excitation of excimer lasers.// Laser focus, 1982,v.l8, N4, p.63-67.

49. Klingenberg H.H., Gekat F., Spindler G. L-band microwave pumped XeCl laser without preionization. // Applied optics, 1990, v.29, N 9, p.1246-1248.

50. Waynant R.W.,Christensen C.P. Microwave pumped rare gas halide lasers.- J.Opt.Soc. of America. 1981, v.71, N 12,p.l606.

51. Mendelsohn A.J.,Normandin R.,Harris S.E. et. al. A microwave-pumped XeCl laser.//Appl.Phys.Lett., 1981,v.38, N8,p.603-605.

52. WisoffP.J.K., Mendelsohn A.J., Harris S.E. et. al. Improved performance of the microwave-pumped XeCl laser.// IEEE J.Quantum Electron., 1982, v. QE-18, N 11, p. 1839-1840.

53. Chistensen C.P.,Waynant R.W.,Feldman R.J. High efficiency microwave discharge XeCl laser.- Appl.Phys.Lett.,1985,v.46,p.321

54. Gordon L.L.,Feldman R.,Christensen C.P. Microwave discharge excitation of an ArXe laser.- Optics Lett., 1988,v. 13,N2, p.l 14

55. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы // JI.: Химия. 1981. 248с.

56. Русанов В.Д., Фридман А.А Физика химически активной плазмы //М.:Наука.1984. 415с.

57. Батенин М.Н., Климовский И.И., Лысое П.В., Троицкий В.Н. СВЧ генераторы плазмы IM.: Энергоиздат, 1988, 223 с.

58. Гуревич А.В. Ионизованный слой в газе (атмосфере) // УФНД980, т.132, N4, с.685-689.

59. Борисов Н.Д., Гуревич А.В. Искусственная ионизованная область в атмосфере. //ИЗМИРАН. М.: 1986 184с.

60. Аскаръян Г.А., Батанов Г.М., Бархударов А.Э. и др. Свободно локализованный микроволновый разряд как способ очистки атмосферы от разрушающих озон примесей //Тр. ИОФАН. Физика и химия газовых разрядов в пучках СВЧ волн. М: Наука, 1994. т.47, С.23-31.

61. Коссый И.А., Матвеев А.А., Силаков В.П. Анализ возможных каналов разрушения тропосферной примеси фреонов продуктами неравновесного микроволнового разряда. //ЖТФ.1994.т.64.вып.9.С.168

62. Грицинин С.И., Коссый НА., Мисакян М.А., Силаков В.П. Эволюция фреоновой компоненты газовой смеси и продуктов ее трансформации в микроволновых разрядах. //Физика плазмы. 1997.т.23.вып.3.С.264

63. Батанов Г.М., Коссый НА., Силаков В.П. Газовый разряд в атмосфере как средство улучшения ее экологических характеристик. //Физика плазмы.2002.Т.28.№З.С.229-238.

64. Батанов Г.М., Коссый И.А., Силаков В.П. Газовый разряд в атмосфере как средство улучшения ее экологических характеристик //Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Под ред. Лебедева Ю.А., Платэ Н.А., Фортова В.Е. Т. XI-5, гл.З. М.: ЯНУС-К. 2006

65. Бровкин В.Г., Колесниченко Ю.Ф., Хмара Д.В. Применение сверхвысокочастотных разрядов для разрушения и диагностики примесей фреонов в воздухе и других газах. //Прикладная физика. 1994.вып.4, С.5-8

66. Nusinovich G.S., Milikh G.M., Levush В. Removal of halocarbons from air with high-power microwaves.// J. Appl.Phys.l996.v.80.No.7.P.4189

67. Papadopoulos K., Milikh G.M., Ali A.W., Shanny R. Remote spectroscopy of the atmosphere using microwave breakdown. // J.Geoph. Res. 1994.V.99D. P. 10387

68. Бакут П.А., Камчатов В.Б.,Маркина О.М., Шумилов Ю.П. Искусственные маяки в адаптивных оптических системах. // Зарубежная радиоэлектроника, 1995, № 4, с.29-37

69. Ribak Е. N., Ragazzoni R., Parfenov VA Radio plasma fringes as guide stars: tracking the global tilt //Wave Propagation in the Atmosphere and Adaptive Optics, V P Lukin, Ed, SP IE 4338, 2000, P.l 18-126

70. Гапонов-Грехов A.B., Петелин М.И. Релятивистская высокочастотная электроника. //Вестник АН СССР, 1979, N4, с. 11-23.

71. Релятивистская высокочастотная электроника. Проблемы повышения мощности и частоты излучения. // ИПФ АН СССР, Горький, 1981.

72. Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. //М.: Энергоатомиздат, 1984, 112с.

73. Релятивистская высокочастотная электроника. // ИПФ АН СССР, Горький, вып.1, 1979; вып.З, 1983; вып.4, 1984; вып.5,1988; вып.6, 1990.

74. Ковалев Н.Ф., Петелин М.И., Райзер М.Д. и др. Генерация мощных импульсов электромагнитного излучения потоком релятивистских электронов. //Письма в ЖЭТФ, 1973, т. 18, N4, с.232- 235.

75. Елъчанинов A.C., Загулов Ф.Я., Ковалев Н.Ф. и др. Высокоэффективный релятивистский карсинотрон. // Письма в ЖТФ, 1980, т.6, N7, с.443-447.

76. Зайцев Н.И., Ковалев Н.Ф., Кораблев Г.С. и др. Релятивистский карсинотрон с длиной волны 3 сантиметра и длительностью импульса 0,4 микросекунды. //Письма в ЖТФ,1981 ,t.7,N14,c.879-882

77. Абубакиров Э.Б., Денисенко А.Н., Савельев A.B., и др. Релятивистская резонансная лампа бегущей волны с перестраиваемой частотой генерации. // Письма в ЖТФ, 2000, Т.26, N4, с.14-19.

78. Белоусов В.К, Бункин Б.В., Гапонов-Грехов A.B. и др. Генерация мощного микроволнового излучения потоком релятивистских электронов в режиме периодического следования импульсов. // Письма в ЖТФ, 1978, т.4, N23, с.1443-1446.

79. Зайцев Н.И., Ковалев Н.Ф., Кольчугин БД., Фукс М.И. Экспериментальное исследование релятивистского карсинотрона. // ЖТФ, 1982, т.52, N8, с.1611-1616.

80. Гилъденбург В.Б., Крупное В.А., Семенов В.Е. Автопреобразование частоты и безотражательное распространение высокочастотного электромагнитного импульса в условиях пробоя. // Письма в ЖТФ, 1988, т.14, N18, с.1695-1698.

81. Богомолов Я.Л., Лирин С.Ф., Семенов В.Е., Сергеев A.M. Ионизационное самоканали-рование сверхсильных электромагнитных волн в плазме. // Письма в ЖЭТФ. 1987. Т.45. №1 I.e.532-535.

82. Eliasson В., Kogelschatz U. Nonequilibrium volume plasma chemical processing. //IEEE Trans, on Plasma Science. 1991. V.19. P.1063.

83. Grotjohn T.A., Asmussen J. Microwave plasma-assisted diamond film deposition. //Diamondfilms handbook, Ed. J. Asmussen and D.K. Reinhard.- Marcel Dekker, Inc. New York Basel. 2002. 676 p.

84. Chen F.F. Industrial applications of low-temperature plasma physics // Phys.Plasmas. 1995. V.2. No.6. P.2164-2175.

85. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме // М: Наука. 1980. 429с.

86. Валуев A.A., Каклюгин A.C., Норман Г.Э. и др. Радиационно-плазмохимические методы очистки дымовых газов // ТВТ.1990. Т.28. №5. С.995

87. Коссьш И.А., Костинский И.Ю., Матвеев А.А., и др. Экологический анализ проектов возбуждения микроволновых разрядов в стратосфере // Тр. ИОФАН.Физика и химия газовых разрядов в пучках СВЧ волн./ М: Наука, 1994.Т.47, С.З.

88. Аскаръян Г.А., Батанов Г.М., Коссый И.А., и др. Микроволновые разряды в стратосфере и их влияние на состояние озонового слоя //Физика плазмы .1991, T.17.N.1.C.85

89. Аскаръян Г.А., Батанов Г.М., Коссый И.А. и др. Последствия СВЧ разрядов в стратосфере // УФН.1988. Т.156.№.2. С.370

90. Gold S.H., Black W.M., Granatstein V.L. et al. Breakdown of the atmosphere by emission from a millimeter-wave free-electron maser. // Appl. Phys. Lett., 1983, v.43, N10, p.922-924.

91. Бугаев С.П., Канавец В.И., Климов А.И., Кошелев В.И. Атмосферный СВЧ разряд и исследование когерентности излучения релятивистского многоволнового черен-ковского генератора. //Доклады АН СССР, 1988, т.298, N1, с.92-94.

92. Felsenthal P. Nanosecond-pulse microwave breakdown in air. // J. Appl. Phys., 1966, v.37, N 12, p.4557-5560.

93. Карфидов Д.М. Исследование ионизации газа в сильном СВЧ поле. // Физика плазмы, 1979, т.5, N 4, с.929-930.

94. Scharfman W., Morita Т. Focused microwave technique for measurement of the ionization rate and collision frequensy.// J. Appl. Phys., 1964, v.35, N 7, p.2016-2020.

95. Chanin L.M., Rork G.D. Experimental determination ionization coefficient in helium. // Phis. Rev., 1964, v.133, N 4A, p. 1005-1009.

96. Abdulla R.R., Dutton J., Williams A. W. Ionization coefficients in argon.// Proc.XV Intern, conf. on Phenomena in ionized gases. Minsk, 1981, past 1, p.367-368.

97. Цагарейшвили H.C. Пробой газов низкого давления в сверхсильных неоднородных СВЧ полях.// Физика плазмы, 1990, т.16, N11, с.1389-1391

98. Цагарейшвили Н.С. Особенности ионизации газов низкого давления в пространственно ограниченном сверхсильном СВЧ-поле. //Труды ИОФАН, 1994, т.45, с. 147-165

99. Ali A.W. Nanosecond air breakdown parameters for electron and microwave beam propagation. // Laser and Particle beams, 1988, v.6., p. 105-117.

100. Глазов Л.Г., Игнатьев A.B., Рухадзе A.A. Функция распределения электронов и устойчивость плазмы при пробое газов в поле сверхсильной СВЧ волны. //В кн: Высокочастотный разряд в волновых полях. ИПФ АН СССР, Горький, 1988, с.9-40

101. Арутюнян С.Г., Рухадзе А.А. К теории пробоя газов электромагнитными полями большой амплитуды. Физика плазмы, 1979, т.5, №3, с.702-704

102. Арутюнян С.Г., Игнатьев А.В., Рухадзе А.А. К теории пробоя газа высокого давления в поле электромагнитной волны. //Физика плазмы, 1981, т.7, N 3, с.604-608.

103. Глазов Л.Г., Игнатьев А.В., Рухадзе А.А. Функция распределения электронов и частота ионизации газов среднего давления в поле сверхсильной СВЧ волны. //Физика плазмы, 1989, т. 15, №12, с. 1484-1490

104. Игнатьев А.В.,Рухадзе А.А. Устойчивость безэлектродного разряда в поле электромагнитной волны. // Физика плазмы, 1983, т.9, N6, с.1317-1321.

105. Plasma Science and the Environment. // Ed. by Manheimer W., Sugiyama L.E., Stix Т.Н. AIP Press. American Institute of Physics. 1997.

106. Yamamoto Т., Ramanathan K., Lawless P.A., et al. Control of volatile organic compaunds by an ac energized ferroelectric pellet reactor and a pulsed corona discharge. //IEEE Trans, on Industry Applications. 1992. V.28.No.3. P.528.

107. Wong A.Y., Suchannek R.G., Kanner R. Catalytic destruction of ozone by chlorofluoro-carbons and partial restoration by methane in large laboratory experiments. //Phys.Lett. A.1992.V.168.P.423

108. Stix Т.Н. Removal of chlorofluorocarbons from the Earth's atmosphere. //J.Appl. Phys. 1989.V.66.N11 .P.5622

109. Александров H.JJ. Каталитическое разрушение фреонов в послесвечении СВЧ-разряда. //Физика плазмы. 1994.Т.20.С.492

110. Власов С.Н., Орлова ИМ. Квазиоптический преобразователь волн волновода круглого сечения в узконаправленный волновой пучок.// Изв. вузов Радиофизика, 1974, Т.17, N1, с.148- 154.

111. Белоусов В.И., Зеленцов В.И., Офицеров М.М. и др. Высокочастотные измерения в релятивистской электронике.// В кн.:Релятивистская высокочастотная электроника, ИПФ АН СССР, Горький, 1979, с.275-292.

112. Эрли, Беллард, Рус. Комплексный подход к диагностике источников интенсивных одиночных СВЧ-импульсов.// Приборы для научных исследований, 1986, N9, с.86-96.

113. Райзер М.Д., Цопп Л.Э. Детектирование и измерение мощности СВЧ излучения наносекундной длительности. // Радиотехника и электроника, 1975, т.20, N8, с. 1611.

114. Быков Н.М., Губанов В.П., Гунин A.B. и др. //Релятивистская высокочастотная электроника. Отв. ред. А.В.Гапонов-Грехов. ГорышшИПФ АН СССР. 1988. N 5. С.101-124.

115. Лавджай, Несбитт. Импульсный клапан с щелевым соплом для создания расширяющейся сверхзвуковой струи с большим поперечным размером в направлении наблюдения. // Приборы для научных исследований, 1987, N5, с.81-87.

116. Пенчко Е.А., Хавкин JJ.I1. Индикация участка градуированного кривой ионизационного преобразователя ПМИ-10. // Приборы и техника эксперимента, 1972, N2, с.141-143.

117. Альварес P.A., Берн Д.П., Джонсон P.M. Некоторые свойства СВЧ-резонаторов применительно к усилению мощности посредством сжатия импульса //Приборы для научных исследований. 1986.N10.C.60.

118. Диденко А.Н, Новиков С.А., Разин C.B., и др. Формирование мощных сверхширокополосных радиосигналов при последовательной временной компрессии СВЧ-энергии.//Доклады АН CCCP.1991.t.321.N3. С.518.

119. Артеменко С.Н., Августинович В.А., Каминский В.Л., и др. Экспериментальное исследование макета 25-мегаватного СВЧ компрессора трехсантиметрового диапазона длин волн// ЖТФ.2000.т.70,вып12, с. 102.

120. Yushkov Yu.G., Avgustinovich, S.N. Artemenko V.A. at.el. Powerful microwave compressors of RF pulses.//Proceedings the Int.Workshop. Strong microwaves in plasmas./ Ed. A.G. Litvak.- Nizhny Novgorod: IAP. 1997.V.2.P.911.

121. Девятков H.Д., Диденко А.H., Замятин Л.Я. и др. Формирование мощных импульсов при накоплении СВЧ-энергии в резонаторе. //Электроника и Радиотехника. 1980.т.25.вып.6.С.1227.

122. Alvarez R., Birx D„ Byrne D. et al. Application of microwave energy compression topar-tical accelerators. //Particle Accelerators. 1981.v.l 1.P. 125.

123. Августинович B.A., Новиков C.A., Разин C.B., и др. //Изв.вузов Радиофизика. 1985. Т.28. N10.С.1347.

124. Birx D.I., Scarlapino D.J. II J. Appl. Phys. 1980. v.51. p.3629-3634.

125. Артеев M.C., Юшков. ЮТ.//Электроника и Радиотехника 1980.t.21.N.10.C.1227-1233.

126. Denisov G.G., Kuzikov S. F., Lukovnikov D.A. II Intern. J. of infrared and millimeter waves, 1995. V.16.N0.7. p.1231-1238.

127. Ефимов В.М., Исколъдский A.M., Нестерихин Ю.Е. Электронно-оптическая фотосъемка в физическом эксперименте. // Новосибирск: Наука, 1978, 158с.

128. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме.// М.:Наука, 1969,292с.

129. Диагностика плазмы. // Под ред.Хаддлстоуна Р. и Леонарда С., М.: Мир, 1967, 515с.

130. ХилдМ., Уортон С. Микроволновая диагностика плазмы. //М.:Атомиздат, 1968, 392с.

131. Голант В.Е. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы. //М.:Наука, 1968, 328с.

132. Чернетский A.B.,Зиновьев O.A.,Козлов О.В. Аппаратура и методы плазменных исследований. // М.: Атомиздат, 1965, 364с.

133. Акулина Д.К, Нечаев Ю.И. СВЧ методы измерения плотности плазмы на стелла-раторах ФИАН. //Труды ФИАН, Стеллараторы, М.: Наука, 1973, т.65, с.100-133.

134. Душин Л.А. СВЧ-интерферометры для измерения плотности плазмы в импульсном газовом разряде. // М.: Атомиздат, 1973, 128с.

135. Westerman F., Maier W. Gas Fabry-Perot interferometer im microwellengebiet. //Z.F. Physic, 1964, V.179, N.3, p.244

136. Казанцев Ю.Н. Расчет характеристик открытых резонаторов. // Изв. вузов, Радиофизика, 1967, т. 10, №4, С.518-524.

137. Фриш С.Э. Определение концентрации нормальных и возбужденных атомов и сил осцилляторов методами испускания и поглощения света. // В кн.: Спектроскопия газоразрядной плазмы. JI. Наука, 1970

138. Животов В.К, Русанов В.Д., Фридман A.A. Диагностика неравновесной химически активной плазмы.// М.: Энергоиздат, 1985, 216с.

139. Грим Г. Спектроскопия плазмы. // М.: Атомиздат, 1969, 452с.

140. Методы исследования плазмы. Под ред. В.Лохте-Хольтгревена. //М.: Мир,1971, 552с.

141. Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы // М.:Физматлит, 2006, 471 с.

142. Зайделъ А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. //М.: Наука, 1972,416с.

143. Нагибина ИМ., Прокофьев В.К. Спектральные приборы и техника спектроскопии. //Л.: Машиностроение, 1967, 324с.

144. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию.//М.: Наука, 1979,480с.

145. Саркисов О.М., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф. Применение метода внутри-резонаторной лазерной спектроскопии для изучения химических реакций. //Химическая физика, 1982,т. 1,N 10, с.1155-1159.

146. Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М., Синица Л.H. Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия. Основы метода и применения. //Новосибирск: Наука, 1985, 121с.

147. Очкин В.Н., Савинов С.Ю., Соболев H.H. Механизмы формирования распределений электронно-возбужденных молекул по колебательно-вращательным уровням в газовом разряде.// Труды ФИАН, М.: Наука, 1985, т.157, с.6-85.

148. Губанов A.M. Исследование наблюдаемой интенсивности электронно- колебательных полос двухатомных молекул с неразрешенной вращательной структурой.// Оптика и спектроскопия, 1971, т.ЗО, N2, с.211-219.

149. Голубовский Ю.Б., Тележко В.М. Измерение газовой температуры по неразрешенной вращательной структуре полосы первой положительной системы азота. //Журнал прикладной спектроскопии, 1983, т.39, N3, с.379-383.

150. Аржанок В.В., Мельников В.В., Скутов Д.К, и др. Измерение газовой температуры в тлеющем разряде в азоте с быстрой прокачкой. // Журнал прикладной спектроскопии, 1987, Т.48, N4, с.728-732.

151. Михеев И.Д., Бадрутдинов O.P. Об определении температуры плазмы тлеющего разряда в азоте по второй положительной системе N2. // Журнал прикладной спектроскопии, 1988, Т.49, N3, с.486-488.

152. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. //М.: Наука, 1965, 484с.

153. Herzberg G. Molecular spectra and molecular structure. 1. Spectra of diatomic molecules. //N.Y.: D. vanNostrand, 1951, 658 P.

154. Мнацаканян А.Х., Подлубный Л.И. Изменение колебательного распределения при переходах между электронными состояниями двухатомных молекул в столкновениях с электронами. // ЖТФ, 1971, v.41, N10, с.2121-2125.

155. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. //М.: Мир, 1990, 507с.

156. Jimenez-Dominguez Н, Figueroa-Lara F., Galindo S. II Rev.Sci.Instrum. 1986, v.57, N3, p.499-503

157. Очкин B.H. К вопросу о взаимосвязи колебательных распределений молекул N2 в состояниях Х1^ и С3Пи. // Препринт ФИАН СССР, N 102, М„ 1969, 25 с.

158. Новгородов М.З., Очкин В. Н., Соболев Н.Н. Измерения колебательных температур в ОКГ на С02. // ЖТФ, 1970, 40, N6, с.1268-1275.

159. Косоручкина А.Д., Трехов Е.С. О методе определения колебательной температуры состояния Х1^ молекулы азота. // ЖТФ, 1975, т.45, N5, с.1082-1085.

160. Косоручкина А.Д., Трехов Е.С. Критерий применимости оптического метода определения колебательной температуры основного состояния молекул азота. //Оптика и спектроскопия, 1980, т.49, N1, с.50-52.

161. Елъяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. //М.: Физматгиз,1962, 892с.

162. Zare R.N., Larsson Е.О., Berg R.A. Franck-Condon factors for electronic band systems of molecular nitrogen.// J.Molec. Spectr., 1965, v.15, N2, p.l 17-139.

163. Райзер ЮЛ. Основы современной физики газоразрядных процессов. //М.: Наука. 1980, 590с.

164. Mayhan J. Т., Fante R.L., O'Keefe et al. Comparison of various microwave breakdown prediction model. J. Appl. Phys., 1971, v.42, N.13, p. 5362-5369

165. Scharfman W.E., Taylor W.C., Morita T. Voltage breakdown of microwave antennas. Adv. Microwave, 1971, v.7, N.l, p.59-130

166. Mayhan J.T. Nonlinear microwave breakdown. A system study. // IEEE Trans., 1969, v.AP-17, N12, p.251-254

167. Гуревич А.В. Ионизация нижней атмосферы под воздействием мощных радиоимпульсов. //Геомагнетизм и аэрономия. 1979.т.19.№4.С.633

168. Дятко Н.А., Кочетов А.В., Напартович А.П. Кинетические коэффициенты электронов в воздухе в высокочастотном электрическом поле. //Инженерно-физический журнал. 1987.т.52.№1 .С.95

169. Голант В.Е. О связи между характеристиками сверхвысокочастотного и постоянного тока в газе.// Изв.АН СССР.сер.физ.1959.т.23.№8,С.958

170. Лупан Ю.А. Об одной возможности уточнения результатов элементарной теории ВЧ разряда в воздухе. // ЖТФ.1979.т.46.№11.С.2321

171. Астайкин А.И., Щаников НИ. Свервысокочастотный пробой антенн. // Изв.вузов. Радиофизика. 1982.т.25.№1 .С.93-97

172. Дятко Н.А., Кочетов И.В., Напартович АЛ. Кинетика электронов в СВЧ разряде. //Высокочастотный разряд в волновых полях.ИПФ АН СССР. Горький.1988.С.9-15

173. Гильденбург В.Б., Семенов В.Е. Диффузионный порог СВЧ пробоя газов в неоднородных полях.//Препринт ИПФ АН СССР.№61.Горький.1982. 9с.

174. Гильденбург В.Б., Семенов В.Е. К теории СВЧ пробоя газов в неоднородных полях.//Физика плазмы. 1988.Т. 14.№4.С.94-96

175. Gurevich А. V. Nonlinear Phenomena in the Ionosphere, 1978, Springer Verl, 360 p.

176. Мороз П.Е. Установление функции распределения электронов при высокочастотном пробое.// Физика плазмы, 1979, т.5, №5, с.1128

177. Дятко Н.А., Кочетов И.В., Напартович А.П., Таран А.Ф. ТВТ, 1984, т.22,№6, с. 1048

178. Yoshida S., Phelps A.V., Pitchford L.C Effect of electrons produced by ionization on calculated electron-energy distributions. // Phys. Rev., 1983, V.27A, N 6, p.2858-2867.

179. Phelps A. V., Pitchford L.C Anisotropic scattering of electrons by N2 and its effect on electron transport.// Phys. Rev., 1985, V.31A, N 5, p.2932-2949.

180. PitchfordL.C., Li Y.M., Hays G.N., et al. High E/N ionization rates and ionization induction time in nitrogen. // Proc.18.Intem.conf. on phenomena in ionized gases. Swansea. 1987. v.l. P.80-84

181. Арутюнян С.Г., Арутюнян Т.В., Дарбинян КЗ., и др. Влияние поляризации излучения на пробой газов. Физика плазмы, 1989, т. 15, N 4, с.500-502.

182. Швейгерт В.А. Функция распределения электронов в сильных полях.//Физика плазмы. 1989.Т.15.N 10.С.1224-1228.

183. Haydon S.C., Williams О.М. Combined spatial and temporal studies of ionization growth in nitrogen. II J.Phys. D :Appl.Phys., 1976, v.9, p.523-529.

184. Felsenthal P. Nanosecond-pulse microwave breakdown in air. // J. Appl. Phys., 1966, v.37, N 12, p.4557-5560.

185. Jelencovic B.M., Phelps A. V. Phys. IIRev. A., 1987, v.36, p.5310-5319

186. Глазов Л.Г., Матвейшин KE. Частота ионизации и функция распределения при пробое газов сильном постоянном поле. //Краткие сообщения по физике, 1991, N4, с. 20-22.

187. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979, гл.IV.

188. Itikava Y., Hayashi М., Ichimura A. et.al. Cross-section for collisions of electronsand photons with nitrogen molecules //J.Chem.Phys.Ref. Data.1986. V.15. P.985

189. Kieffer L.J., Dunn G.H. Electron impact ionization cross-section data for atoms, atomic ions and diatonic molecules: I. Experimental data. //Rev. Modern Phys., 1966, v.38, N1,p.1-35.

190. Гуревич A.B., Питаевский Л.П. Нелинейная динамика разреженной плазмы и ионосферная аэродинамика. // В кн.: Вопросы теории плазмы. Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Атомиздат, 1980, вып. 10, с.3-89.

191. Гуревич А.В., Мещеркин А.П. Ускорение ионов при сферическом асширении плазмы. // Физика плазмы, 1983, т.9, N5, с.955-963.

192. Гуревич А.В., Карфидов Д.М., Мещеркин и др. Ускорение ионов в неоднородной плазме сверхвысокочастотного разряда.// В кн.:Генерация нелинейных волн и квазистационарных токов в плазме. Труды ИОФ АН, М.: Наука, 1988, т.16, с.103-125.

193. Прайс Б., Хортон К, Спинни К. Защита от ядерных излучений. // М.: Изд-во иностр. литературы, 1959, 385 с.

194. Kriefer L.J. II Atomic Data, 1971, v.l, p. 19, v.2, p.293

195. Мак-Даниель И. Процессы столкновений в ионизованных газах.// М.:Мир, 1967, 732 с.

196. Калашникова В.П., Козадаев М.С. Детекторы элементарных частиц.// Наука, 1966, 408 с.

197. Ohashi Y., Washimi Н. //Nucl. Instrum. andMeth., 1965, v.37, p. 162-167

198. Lambert J. Vibrational and rotational relaxation in gases.//Oxford:Claredon Press. 1977. 390c.

199. Бердышев A.B., Вихарев А.Л., Иванов O.A. и др. Нагрев молекулярного газа в импульсном СВЧ разряде.//ТВТ.1988.т.26.№4.с.661-668

200. Попов НА. Моделирование плазмохимических процессов, инициируемых мощным СВЧ-разрядом в воздухе.// Физика плазмы, 1994, т.20, N3, с.335-343

201. Piper L.G. State to state N2(A3 £+u) energy poling reactions. The formation ang quenching of B3ng,(v=l-12). // J. Chem. Phys., 1988, v.88, №11, p. 6911

202. Дятко H.A., Кочетов A.B., Напартович А.П. Кинетические коэффициенты электронов в воздухе в высокочастотном электрическом поле. // Инженерно-физический журнал, 1987, т.52, N1, с.95-101

203. Armstrong W.T., Roussel-Dupre R., et al. Microwave-induced breakdown in a free air geometry.//Proc. ICPIG-18, 1987, Swansea, v.l, p.850-854

204. Ferreira C.M., Loureiro J. Electron excitation rates and transport parameters in high-frequency N2 discharges, // J.Phys. D: Appl. Phys., 1989, v.2, p.76-82.

205. Christophorou L.G. Electron-molecular interactions and their applications. Academic Press. 1984. V.l

206. Green A.E.S., Barth C.A. II J. Geophys. Res. 1965. V.70. p.1083-1097

207. Buxapee A.JI., Иванов О.А., Степанов A.H. О распаде плазмы импульсного СВЧ разряда в пересекающихся волновых пучках. //Физика плазмы, 1984, t.10,N4,c.792-800.

208. Вихарев А.Л., Иванов О.А., Степанов А.Н. Применение коротких ионизующих СВЧ импульсов для изучения распада плазмы. // ЖТФ, 1984, т.54, N8, с.1617-1619.

209. Напартович А.П., Наумов В.Г., Шашкин В.М. О распаде плазмы тлеющего разряда в постоянном электрическом поле.// Физика плазмы, 1975, т.1, N5, с.821-829.

210. Васильева А.Н., Гришина И.А., Ковалев А.С. и др. Распад плазмы в смеси O2-N2 и СО-N2. // Физика плазмы, 1977, т.З, N2, с.397-401.

211. Елецкий А.А., Смирнов Б.М. Диссоциативная рекомбинация электрона и молекулярного иона. //УФН.1982.т.136.Ш,С.25.

212. Brunei Н, Vincent P. Predicted electron transport coefficients at high E/N values.// J.Appl. Phys., 1979,v.50, N7,p.4708-4713.

213. Смирнов Б.М. Отрицательные ионы.// М.: Атомиздат.1978.176с.

214. Данилов А.Д., Власов М.Н. Фотохимия ионизованных и возбужденных частиц внижней ионосфере.// JI. Гидрометеоиздат. 1973. 200 с.

215. Смирнов Б.М. Комплексные ионы. // М.: Наука. 1983.150 с.

216. Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы.// М.Мир, 1978, 375с.

217. Kossyi I.A., Kostinsky A.Yu., Matveyev A.A., Silakov VP. II Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V.l. P.207-220.

218. Кондратьев. B.H. Ионно-молекулярные реакции в газах. // М.: Наука, 1979, 548 с.

219. Dyatko N.A., Kochetov I. V, Napartovich A.P. II J. Phys.D: Appl. Phys. 1993. V.26. P.418.

220. Эксимерные лазеры. Под ред. Ч.Роудза, М.: Мир, 1981.

221. Баранов В.Ю.,Борисов В.М., Степанов Ю.Ю. Электроразрядные эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов.// М.:Энергоатомиздат, 1988,216 с.

222. Басов Н.Г., Данилычев В.А. Лазеры на конденсированных и сжатых газах. //УФН, 1986, т.148, N 1, с.55-100.

223. Ражее A.M., Телегин Г.Г. Импульсные ультрафиолетовые лазеры на молекулярном азоте.// Зарубежная радиоэлектроника, 1978, N3, с.76-93.

224. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Виноходов и др. Воздействие лазерного излучения с X = 308 нм на пиролиз 1,2 дихлорэтана.// Квантовая электроника, 1983, т. 10, N 7, с. 1406.

225. Deutsch T.F., Fan J.C.C., Turner G.W. et. al. Efficien Si solar cells by laser photochemical doping.// Appl.Phys.Lett., 1981, v.38, N 3, p.144-146.

226. Koren G., Yeh J.T.C. Emission spectra and etching of polymers and graphite irradiated by excimer laser. // J.Appl. Phys., 1984, v.56, N 7, p.2120.

227. Диденко A.H., Прохоров A.M., Слинко B.H. и др. О накачке ультрафиолетовых газовых лазеров мощным импульсным излучением релятивистского СВЧ-генератора. // ДАН СССР, 1990, с.1363-1367.

228. Диденко А.Н., Петров В.М., Слинко В.Н. и др. Эксимерный лазер, возбуждаемый сильноточным релятивистским СВЧ генератором. // Письма в ЖТФ, 1986, т. 12, N 20, с. 1245-1249.

229. Christensen С.P., Gordon С., Moutoulas С. et.al. High-repetition-rate XeCl waveguide laser without gas flow.// Optics Lett., 1987, v.12, N 3, p.169-171.

230. Слинко B.H., Сулакшин А.С., Сулакшин С.С. Эффективная генерация в ХеС1-лазере с СВЧ накачкой.// Квантовая электроника, 1988, т. 15, N 2, с.292-294.

231. Zakrzewski Z. Long microwave discharge in the diffusion regime sustained in a waveguide. . Czech. J. Phys., 1984, V.34B, N2, p.105-114.

232. Пономарев B.H., Солнцев Г.С. Постоянная распространения волны в прямоугольном волноводе, содержащем плазму в диэлектрической трубке. //Письма в ЖТФ, 1989, т. 15, N5, с.31.

233. Ishihara Т., Lin S.C. Theoretical modeling of microwave-pumped high-pressure gas lasers. //Appl. Phys., 1989, v.48B, N4, p.315-326

234. Ваулин В.А., Слинко В.H., Сулакшин С.С. Азотный лазер, возбуждаемый СВЧ импульсами. // Квантовая электроника, 1988, т. 15, N1, с.61-62.

235. Баранов С.В., Быстрицкий В.М., Диденко А.Н. и др. ХеС1-лазер, возбуждаемый сильноточным пучком протонов. // Квантовая электроника, 1982, т.9, с. 110-113.

236. Ваулин В.А., Слинко В.Н., Сулакшин С.С. KrF-лазер, возбуждаемый мощным нано-секундным СВЧ импульсом. / Квантовая электроника, 1988, т. 15, N 11, с.2331-2334.

237. Moisan М., Ferreira С.М., et. al. Properties and applications of surface wave produced plasmas.// Rev. Phys. Appl., 1982, V.17, P.707-716.

238. Moisan M., Zakrzewski Z., Pantel R., et. al. A waveguide-based launcher to sustained long plasma columns through the propagation of an electromagnetic surfase wave.// IEEE, 1984, v. PS-12, No.3, P.203

239. Moisan M., Zakrzewski Z. Устройство для возбуждения поверхностных волн на частотах 1-300 МГц с целью создания плазмы.// Приборы для научных исследований, 1987, N.10, С.108-111.

240. Вихарев А.Л., Иванов О.А., Колыско АЛ. Эффективный возбудитель разряда на поверхностной волне миллиметрового диапазона. // Письма в ЖТФ, 1996, т.22, С.28-33

241. Ivanov О.А., Gorbachev A.M., Koldanov V.A., et.al. Pulsed discharge produced by surface waves. //J.Phys.IV, France,1998, v.8, p.317-326

242. Иванов O.A., Колданов B.A. Самосогласованная модель импульсного разряда, в воздухе, создаваемого поверхностными волнами.//Физика плазмы,2000.Т.26,№10,с.961-968

243. Звелто О. Принципы лазеров. //М.: Мир, 1984, 400 с.

244. Кислин В.М., Петраш Г.Г. Импульсные газовые лазеры на электронных переходах двухатомных молекул. // Труды ФИАН, М.: Наука, 1975, т.81, с.88-185.

245. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. // М.:Наука, 1982, 624с.

246. Searles S.K., Hart G.A. Laser emission at 3577A and 3805A in electron-beam-pumped Ar-N2 mixtures.// Appl. Phys. Lett., 1974, v.25, N 1, p.79-82.

247. Searles S.K. Superfluorescent laser emission from electron beam-pumped Ar-N2 mixtures. //Appl. Phys. Lett., 1974, v.25, N12, p.735-737.

248. Беркелиев Б.М., Долгих B.A., Рудой И.Г. и др. Столкновительный лазер на 2+-системе азота.// Квантовая электроника, 1988,т.15, N11, с.2169-2170.

249. Плазма в лазерах. Под ред. Дж. Бекефи М.: Энергоиздат, 1982, 324С.

250. Труды института экспериментальной метеорологии. М.:Гидрометеоиздат,1986,вып.40

251. Santa I., Almasi G., Kazma L. et al. Lifetime measurement of the B3ng level of the nitrogen by excited state absorption. Proc. ICPIG-18, 1987, Swansea, v.2, p.416-417.

252. Emmert F., Dux R., et al. Improved lasing properties of the He N+2 systems and 391 nm and 428 nm by H2 admixture. .Appl. Phys.B. 1988, v.47, N2, p.141

253. Исаев A.A., Петраш Г.Г. Импульсные газоразрядные лазеры на переходах атомов и молекул. //Труды ФИАН, М.: Наука, 1975, т.81

254. Боколишвили И.Б., Ким А.В., Малинецкий Г.Г., и др. Численное моделирование неравновесного высокочастотного разряда в сходящейся цилиндрической волне. //Препринт ИПМ АН СССР, №155, М., 1988.

255. W.A.Fitzsimmons, L.W.Anderson, G.E.Riedhauser, et.al. Experimental and theoretical investigation of the nitrogen laser.// IEEE, J.Quantum. Electronics.l976.GE-12.No.l0.P.624-633.

256. Велихов Е.П, Письменный В.Д., Рахимов A.T. Несамостоятельный газовый разряд, возбуждающий непрерывные СОг-лазеры.// УФН. 1977. Т.122. вып.З. С.419-448.

257. Велихов В.П., Ковалев А.С., Рахимов А.Т. Физические явления в газоразрядной плазме. //М.: Наука, 1987, 160с.

258. Уэйнент, Элтон. Обзор исследований в области лазеров коротковолнового излучения. // ТИИЭР, 1976, N 7, с.44-85.

259. Allen L., Peters G.I. Amplified spontaneous emission. The connection with laser theory. //J.Phys.A: Gen.Phys.,1971, v.4, p.238; p.377; p.564; 1972, v.5, p.546.

260. Горлов A.M., Кюн В.В., Сказ B.C. и др. Исследование импульсно-периодического азотного лазера с продольным возбуждением. //Квантовая электроника, 1989, т. 16, N 9, с.1781-1784.

261. Shipman J.D. Traveling wave excitation of high power gas lasers. //Appl. Phys. Lett., 1967, v.10, N 1, p.3-4.

262. Сонин А.Ю., Ботыгов A.A. Простой TEA УФ азотный лазер бегущей волны. //Квантовая электроника, 1988, т.15, N3, с.501-502.

263. Борисов Н.Д., Гуревич А.В. Генерация стимулированного излучения бегущим фронтом ионизации при пробое в пересекающихся пучках радиоволн. //Физика плазмы, 1991, т.17, N9,с.1131-1137.

264. McGee T.J., Ferrare R.A., Whiteman D.N., ei.a/.//J.Geoph.Res.l995.v.l00D. P.9255

265. Применение лазеров для определения состава атмосферы.// Под ред. В.М. Захарова. Л.:Гидрометеоиздат.1983.412с.

266. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование // М.: Мир. 1987.364с

267. Pedersen T.R., Gerken Е.А. Creation of visible artificial optical emissions in the aurora by high-power radio waves. //Nature,2005,v.433,p.498-500

268. Chang J.S., Lawless P.A., Yamamoto Т. II IEEE Trans.Plasma Sci. 1992.v.19.P.1152

269. Самойлович В.К, Гибалов КВ., Козлов КВ. Физическая химия барьерного разряда. //Изд.МГУ 1989. 174с.

270. Труды ИОФАН. Физика и химия газовых разрядов в пучках СВЧ волн. //М. :Наука. 1994.Т.47.139с.

271. Быков Ю.В. Диссоциация кислорода и образование озона в самостоятельном СВЧ-разряде // Химия высоких энергий. 1984.Т.18.П.4.С.347-351

272. Степанов А.Н., Язенков В.В. Измерение концентрации озона, создаваемого импульсным СВЧ-разрядом // Физика Плазмы. 1991. Т.17. N.9.C.1159-1161.

273. Антонов Е.Е., Попович В.И. Дезактивация свободных метастабильных молекул 02('bZg+) на поверхности стекла // Химическая физика. 1991.Т10.№8.С.1091

274. Freizinger В., Kogelschatz U., Schafer J.Н., et.al. Ozone production in oxygen by means on F2-laser irradiation at 157.6 nm // Appl.Phys.B.1989.V.49.P.121.

275. Rawlins W.T., Caledonia G.E., Armstrong R.A. Dynamics of vibrationally excited ozone formed by three-body recombination. II Kinetics and mechanism// J.Chem.Phys.l987.v.9.P.5209

276. Rosen D.I. and Cool T.A. Vibrational deactivation of 03 molecules in gas mixtures. // J.Chem.Phys. 1975 v.62, n.2, p.466

277. J.I.Stenfild, S.M. Alder-Golden., J.W.Gallagher. Critical survey of data on the spectroscopy and kinetics of ozone in the mesosphere and thermosphere //J.Phys.Chem.Data 1987 vl6.n.4

278. B.Eliasson and U.Kogelschatz. Basic data for modeling of electrical discharges in gases.oxygen // Brown Boveri Research Report. KLR86-11С. 1986.

279. Коссый И.А., Костинский А.Ю., Матвеев A.A., и др. Плазмохимические процессы в неравновесной азото-кислородной смеси // Труды ФИАН. 1994.Т.47.С.37

280. Ю.С.Акишев, А.А.Дерюгин, В.Б.Каральник и др.II Физика Плазмы. 1994.T.20.N6.C.571

281. Rawlins W.T. Chemistry of vibrationally excited ozone in the upper atmosphere // J.Geoph.Res.l995.v.90.n.A12.P. 12283

282. Ильин С.Д., Селиханович В.В., Гершензон Ю.М. и др. II Химическая физика 1991, т. 10. №.8. С.1060-1066

283. Попов Н.А. Влияние колебательного возбуждения молекул озона на динамику состава азотно-кислородных смесей //Труды ИОФАН. 1994.Т.47.С.132

284. Левицкий А.А., Мачерет С.О., Фридман А.А. Химические реакции в неравновесной плазме // М.: Наука. 1983.150с.

285. Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепин Л.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры // М. :1980.512с.

286. Eliasson В., Hirth М., Kogelschatz U. Ozone synthesis from oxygen in dielectric barrier discharges // J. Phys. D: Appl.Phys. 1987. V.20. p.1421.

287. Брасъе Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы JL: Гидрометеоиздат. 1987.414с.

288. Ларин В. Ф. К вопросу о влиянии колебательно и электронно-возбужденных молекул азота на синтез Оз и NO при СВЧ разряде в воздухе// Письма в ЖТФ. 1990.Т.16, №8. С.85-89

289. Kochelap V.A., Izmailov I.A., Mel'nikov L.Yu. И Chem.Phys.Lett. 1989.v.l57.N.(l-2)P.67

290. Atkinson P., Baulch D.L., Cox R.A. et.al. Evalueted kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry: Supplement 3. //J.Chem.Ref.Data. 1989.V.18.N.2.P.881

291. Baulch D.L., Cox R.A., Crutzen P.J. et. al. // Evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry: Supplement I. J.Phys.Chem. Ref.Data. 1982.V.11.P.327

292. ОкабеХ. Фотохимия малых молекул. М.: Мир. 1981.430с.

293. Кривоносова О.Э., Лосев С.А., Наливайко В.П., и др. Химия плазмы, вып. 14 (ред. Б.М.Смирнов) // М. :Энергоатомиздат. 1987.С.3-42

294. Животов В.К, Русанов В.Д., Фридман А.А. Химия плазмы.вып.11.(ред. Б.М. Смирнов) //М.: Энергоатомиздат. 1984. С.200

295. GurevichA.V., BorisovN.D., LukinaN.A., et.al.HPhys.Lett. 1995.V.201A.P.234

296. Александров Н.Л., Высикайло Ф.И., Исламов Р.Ш.,и др. Расчетная модель разряда в смеси N2:02=4:1 //Теплофизика высоких температур. 1981.Т. 19.С.485

297. Александров Н.Л., Кончаков A.M. Диссоциация молекул кислорода в СВЧ разряде в воздухе //Письма в ЖТФ.1990.т.16.С.4

298. Ferreira С.М., Loureiro J. Electron excitation rates and transport parameters in high-frequency N2 discharge. //J.Phys.D: Appl.Phys. 1989.V.22.P.76

299. Александров Э.Л., Израэль Ю.А., Каролъ И.Л., Хргиан А.Х. Озонный щит Земли и его изменения // Санкт-Петербург:Гидрометеоиздат. 1992.317с.

300. Данилов АД., Кароль И.Л. Атмосферный озон-сенсации и реальность //JL: Гидрометеоиздат.1991.98с.

301. Johnston H.S. //Science. 1971 .v. 173.Р.517

302. CIAP. Monograph 2. Propulsion effluents in stratosphere. DOT-TST-75-52. Washington DC.1975311 .FarmanJ.C., Gardner B.G., ShanklinJ.D. //Nature.l985.v.315.P.207

303. Molina M.J., Rowland F.S. Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: Chlorine atom-catalyzed destraction of ozone //Nature.l974.v.249.P.810

304. Rowland F.S., Molina M.J. Chlorofluoromethanes in the environment. // J.Phys.Chem. 1976.v.80.P.2049

305. Gurevich A.V., BorisovN.D., Montecinos Geisse S. et.al. //Phys.Lett. 1995.v.207A.P.281

306. Каролъ И.Л., Киселев А.А., Фролъкис В.А. Реально ли "штопать" "озонные дыры". //Известия АН.Физика атмосферы и океана.1995.Т.31.С.120

307. Матвеев А.А., Силаков В.П. Искусственные ионизированные области в стратосфере: радиоотражающие свойства, наработка окислов азота.// Труды ФИАН. 1994.Т.47.С.58

308. Schnell W, Fischer G. II Appl.Opt. 1975. V.14. P.2058

309. Баранчиков У.И., Беленький Г.С., Деминский В.П., и др. Плазменно-каталитическое окисление SO2 в воздухе. // Химия высоких энергий, 1991, т.25, №5, с.460-466

310. Christophorou L.G., Pinnaduwage L.A. Basic physics of gaseous dielectrics. // IEEE Trans, of Electrical Insulation. 1990.V.25.N.1.P.55

311. Shimamori H., Tatsumi Y., Ogava Y. et.al. Low-energy electron attachment to molecules studied by pulse-radiolysis microwave-cavity technique combined with microwave heating. //J.Chem.Phys.l992.V.97.P.6335

312. Tsuji M., Furusawa M., Mizuguchi Т., et.al. Dissociative excitation of CF4, CCI4 and chlorofluoromethanes by collisions with argon and helium active species. //J.Chem. Phys. 1992. V.97.P.245

313. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы. // Ленинград.: Химия. 1985. С.243

314. Правилов A.M. Фотопроцессы в молекулярных газах -М.:Энергоиздат. 1992.349с.

315. Rogers J.D., Stephens R.D., Absolute infrared intensities for F-113 and F-114 and assessment of their greenhouse warming potential relative to other chlorofluorocarbons. //J.Geoph.Res.l988.v.93.No.D2.P.2423

316. Varanasi P., Chudamani S., Infrared intensities of some chlorofluorocarbons capable of perturbing the global climate. //J.Geoph.Res.l988.v.93.No.D2 P.1666

317. Ballard J., Johnston W.B., Gunson M.R., Absolute absorption coefficients of CLONO2 infrared bands at stratospheric temperatures. //J.Geoph.Res. 1988.v.93.No.D2.P.1659

318. Massie S.T., Goldman A., Murcray D.G. et.al., Approximate absorption cross section of F12, CIONO2, N205, HNO3, ССЦ, CF4, F21, F113, F114, and HN03. //Applied optics. 1985.V.24.P.3426

319. Christophorou L.G., Olthoff J.K., Wang Y. Electron interactions with CF2Cl2. //J. Phys.Chem.Ref.Data.l997.V.26.N.5.P. 1205

320. Месси Г. Отрицательные ионы. // М.:Мир.1979.610c

321. Fehsenfeld F.C., Crutzen P.J., Schmeltekopf A.L., et al. Ion chemistry of chlorine compounds in the troposphere and stratosphere.// J.Geoph.Res.l976.v.81.P.4454

322. Вирин Л.И., Джагацпанян P.В., Карачевцев Г.В., и dp. Ионно-молекулярные реакции в газах. // М.:Наука. 1979.548с

323. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А., и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ.Т.2. // М.:Наука. 1979.344с.

324. Flamrn D.L. Mechanisms of radical production in radiofrequency discharges of CF3CI, СРзВг, and certain other plasma etchants: spectrum of a transient species. //J.Appl.Phys. 1980.V.51.N.11.P.5688

325. Кондратьев B.H. Константы скорости газофазных реакций. // М.:Наука.1971.351с.

326. Словецкий Д.И. Химия плазмы.Вып.15. //Под ред. Смирнова Б.М. М.: Энергоиздат. 1989. С.296

327. Lefevre F., Brasseur G.P., Folkins I. et al. Chemistry of the 1991-1992 stratospheric winter: Tree dimentional model simulations. //J.Geoph.Res. 1994.v.99.No.D4.P.8183

328. Danilin M.Y., Kouznetsov G.I. Internal gravity waves influence on the terrestrial stratosphere.// Ann. Geophysicae.1991.V.9.P.387

329. Farkas Z.D., Binary peak power multiplier and its application to linear accelerator design, // SLAC-PUB-3694,1985

330. Wilson P.В., Farkas Z.D., Ruth R.D., SLED-II: A new method of rf pulse compression, IIProc. Of Linear Accl.Conf., Albuquerque, NM, SLAC-PUB-5330, 1990

331. Mizuno H., Otake Y., A new rf power distribution system for X-band linac equivalent to an rf pulse compression scheme of factor 2N, // Proc. 17th Int.Linac Conf. Tsukuda, Japan, KEK-preprint-94-112, 1994

332. Gaponov-Grekhov A.V., Granatstein V.L., Applications of High-Power Microwaves. //Artech House, Boston, London, 1994.

333. S.G.Tantawi, R.D.Ruth, A.E.Vlieks et ah, "Active high power rf pulse compression using optically switched resonant delay lines," Advanced Accelerator Concepts, 7th Workshop, Lake Tahoe, CA, 1996. AIP Conf. Proc., 398, 813 (1997)

334. Юшков Ю.Г., Бадулин H.H., Бацула А.П. и др., Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, т.2, №6, с.71.

335. S.G.Tantawi, R.D.Ruth, A.E.Vlieks. Active radio frequency pulse compression using switched resonant delay lines. SLAC-PUB-95-6748, S.G.Tantawi, R.D.Ruth, A.E.Vlieks, Active high power rf pulse compression, Instrum. Meth.Phys.Res.A370, 297,1996

336. Yu.G. Yushkov, V.A. Avgustinovich, S.N. Artemenko, et ah // Proceedings the Intern. Workshop. "Strong microwaves in plasmas", edited by A.G.Litvak, IAP, Nizhny Novgorod, Russia, 1997,.2, 911

337. Артеменко C.H., Каминский В.JI., Юшков В.Г.И Письма в ЖТФ, 1981, Т.7. вып.24. С.92-97.

338. АЛ. Вихарев, Н. Ф. Ковалев,М. И. Петелин. Распределенные переключатели волновых пучков и компрессоры микроволновых импульсов. //Письма в ЖТФ, 1996, т.22. вып. 19., с.41-46

339. Bratman V.L., Denisov G.G., Ginzburg N.S., et. ah Fel's with Bragg Reflection Resonators. // IEEE Journal of Quantom Electronics, 1983, V.QE-19, No.3, P.282-296

340. Denisov G.G., Reznikov M.G. Corrugated Resonators for Microwave Oscilators, //Известия вузов, Радиофизика, 1982, т.25, №5, С.562-599

341. Integreted Optics, Ed. by T.Tamir, Springier-Verlag Berlin Heidelberg, New york, 1975

342. Kuzikov S.V., et.al. //Proc. 7th Int.Workshop on Linear Colliders, Zvenigirod Russia, 1997, Branch INP 97-07.

343. Tantawi S.G., Ruth R.D., Vlieks A.E. et.al. Active High-Power RF Pulse Compression Using Switched Resonant Delay Lines, //IEEE Trans. Microwaves Theory Tech.,v. 45, no.8, 1997, P.1486

344. Tamura F., Tantawi S.G., Development of High-Power X-band Semicondactor RF Switch For Pulse Compression Systems Of Future Linear Colliders, // Linac 2000, P.751

345. Birx D.L., Scalapino D.J., //J.Appl.Phys., 1980,V.51, No.7, P.3629

346. Taflove A., Advances in computational electrodynamics. The Finite-Difference TimeDomain Method, Boston, London, Artech House, 1998, 724.P

347. Мовшевич Б.З. Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 150кэВ. //ПТЭ 1988.-№1-с.10-14.

348. Кремнев В.В., Месяц Г.А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. // Новосибирск, Наука, 1987г.

349. Сильноточные импульсные пучки в технологии. Под ред. Г.А.Месяца. //Новосибирск, Наука, 1983г.

350. Мовшевич Б.З. Применение коаксиального конденсатора в формирователе сильноточного ускорителя электронов.// ЖТФ, 1985.-т.55.-№5.-с.824 828.

351. Асиновский Э.П., Василяк Л.М., Марковец В.В. Волновой пробой газовых промежутков. II. Волновой пробой в распределенных системах. //ТВТ, 1983, Т.21. №3.С.577-590.

352. Василяк Л.М., Костюченко СМ, Кудрявцев Н.Н., и др. //УФН.1994.Т.164. №3. С.263

353. Аникин Н.Б., Стариковская С.М., Стариковский А.Ю. Динамика заряда и продольной компоненты электрического поля в высокоскоростной волне ионизации. //Физика плазмы, 1998, Т.24. №1. С.9-24.

354. Лагаръков А.Н., Руткевич K.M. Движение пробойной волны в газе без предварительной ионизации. // ТВТ, 1983, Т.21. №3. С.433-440.

355. Герасимов Д.Н., Синкевич O.A. Высокоскоростные волны ионизации в экранированных разрядных трубках (автомодельные режимы). //Физика плазмы, 1999, Т.25. №4. С.376-383.

356. Бутин О.В., Василяк Л.М. Распространение высокоскоростной волны ионизации в длинных разрядных трубках с предыонизацией. //Физика плазмы, 1999, Т.25. №8. С.725-736.

357. Alvarez R.A., Byrne D.P., Johnson R.M., //Rev.Sci.Instrum. 1986,V.57, No. 10, P.2475-2480

358. Farkas Z.D., Hogg H.A., Loew G.A, and Wilson P.В., SLED-II: A method of doubling SLAC's energy, 9l Int. Conf. On High Energy Accelerators, Stanford, California, SLAC-PUB-1453,1974.

359. Denisov G.G., Kuzikov S.V. //Proc. of the Intern. Workshop "Strong Microwaves in Plasmas", edited by Litvak A.G., IAP: Nizhny Novgorod, Russia, 2000, v.2, p.960-966.

360. Science Series II vol. 203 "Quasi -Optical Control of Intense Microwave Transmission" edited by J. L. Hirshfield and M. I. Petelin, p. 199 216. 2005

361. А. Вихарев A.JI., Иванов О.А. "Плазмохимические процессы в плазме наносекундных СВЧ разрядов". // Кн. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т. VIII-I, гл.6. М. ЯНУС-К. 2006