Несамостоятельный разряд, возбуждаемый СВЧ пучком в газах высокого давления тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

российская акшся шв институт схягш физики

На правах рукописи УДК 533.9

ТАРАСОВА НАТАЛИЯ ЫИШЛОБНА

ШШОСТОШПЫШ РАЗРЯД, ВОЗБУШШЯ СБЧ ПУЧКОМ В ГАЗАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

(01.04.08- (физика я химия плазмы)

Автореферат диссертации па сонскавш ученой стогонп квндадата фззико-матэматичеспгах пауд

Работа выполнена в Институте общей физики РАН. Научный руководитель: доктор физико-математических наук

ст.в.с. КОССЫИ И.А. Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор КУЗОВНИКОВ A.A.

кандидат физико-математических наук ст.н.с. КОЛЕСНИЧЕЖО О.Ф.

Ведущая организация: Институт прикладной физики РАН

(Нижний Новгород)

Защите состоится 12 октября 1992г. в ^ час, на з аседании Специализированного ученого совета Института общей физики РАН по адресу: 117942, Москва, ул. Вавилова,38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОФ РАН. Автореферат разослан II сентября 1992г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор физико-математических наук

Ирисова H.A.

¿ИНАЯ

Щутюмъ ммт,

Все многообразие описанных в литературе газовых разрядов можно разделить на два класса : самоподдерживающиеся (самостоятельные) и нэсамостоятельные. Разделение произведено по функциям, когорте выполняет наложенное на газ электрическое поле. Если заровдоши разряда и его поддержание осуществляет только само электрическое поле - разряд самоподдерхивавдийся . Разряд, в котором концентрацм электронов в газе создается преимущественно внешним неполевнм источником , а налогзнное электрическое шла , величина которого меньше порогового значения для самостоятельного разряда, сообщает созданной плазме дополнительную энергию,-весамостоятельный. Такая система является более гибкой, позволяя независимо регулировать концентрацию Нв я температуру Та электронной компоненты, что представляет интерес для ряда приложений, из которых особо можно выделить технику мощных молекуляршд лазеров и плаэмохшго.

В качестве внешних ионизаторов для несамостоятельных разрядов обычно используются электронные и ионные пучки, потоки а-частиц , ультрафиолетовое ( Уф ) излучение .

Функция же снабжения энергией электронов , созданных внешни* ионизатором, обычно, возлагается на постоянные и квазшгостояшше электрические поля . Переход к СВЧ полям в свободном пространстве может оказаться более выгодным по ряду обстоятельств. Ояша нз основных вопросов при изучении разряда является вопрос его устойчивости. Неустойчивость ведет к нарушении пространственной однородности разряда и ограничивает вклад энергия па стадии однородного горения. Как следует из маогочислешшх ляторзтурянх источников, неустойчивости зарождаются вблизи элзктродов. Следовательно, переход от электродных систем к СВЧ разряду в

свободном пространства должен бы повысить стабильность разряда и увеличить енэрговкдад в него, а таю® исключить - возможность загрязнения разрядной области материалами электродов или стенок волноводов и камеры, что, вероятно, особенно важно в шшзмохлшш.

Создание в исследование несамостоятельного разряда , в котором накачка энергии осуществляется пучками СВЧ-волн в свободном пространстве , актуально не только с точки зрения отмеченных вша применений , но % с точки зрения решения проблем, чисто Яизических. В гас числу относится проблема устойчивости разряда. Ее теория представляет достаточно разработанную физическую картину. Однако, учет приэлектродннх явлений (геометрия, состояние поверхности, приэлектродное падение и т.д.), игравднх в эксперименте существенную роль , в теории безусловно затруднен . Переход к несамостоятельному разряду с испо .зованием СВЧ пучков может , в принципе , существенно приблизить экспериментальные условия к условиям , заложенным в физические и математические модели .

РРЙРКВШ» ШШ

Б качества основных задач диссертационной работы были поставлены следуидее:

I, Создание экспериментальной установки (используя уже имеющиеся генератора СВЧ излучения), позволяющей провести эксперименты , максимально приближенные к схеме: СВЧ излучение взаимодействует в свободном пространстве с плазменным слоем , созданный внешним иошшрувдим источником УФ в- газе высокого давленая .

II, Исследование устойчивости такого разряда .

III, Получение сравнительных характеристик устойчивости СВЧ несамостоятельного разряда в свободном пространстве и

несамостоятельного разряда в постоянных электрических полях.

IV.Анализ процессов, приводящих к развитию неустойчивости в несамостоятельных СВЧ разрядах.

V. Экспериментальное исследование нелинейной стадии развития неустойчивости несамостоятельного СВЧ разряда .

ШШ23 ШШШ ЁРЗйТйг.

-Исследована устойчивость несамостоятельного СВЧ разряда в газах высокого давленая (частота столгаовений электрон-нейтрал теп> частота СВЧ шля ы) на стадии работы внешнего ионизатора и на рекоибинацнонной стадии. Показана его пошиенная устойчивость то сравнению с разрядом в электродной системе с постоянным шлеи.

Развявавдаяся неустойчивость идентифицирована как ионизвцшнно-тарегрэвная.

- Исследована ионизацйонно-перагревная неустойчивость на нелинейной стадии. Измерены температура газа и концентрация электронов в областях ксяграшга. Температура газа достигает величины ~ 1000°К, а концентрация электронов в каналах ~ 101бсм~3.

ШЙМ и шпшшм шшехь ш&ш

Предложенная схема экспериментов : СВЧ излучение в свободном пространстве взаимодействует о близкий к однородной* плазиеннни слоем , создававши внешним УФ псточннкоа ¡тонизации в газе высокого давления, п ее конкротноэ осуществление , шгут пайтз прямое применение при создании лазеров, а тагсзз и плазжшшип.

Полученные в диссертации результата могут бить использована для дальнейшего развития теории несамостоятельного СВЧ разряда.

tooam mmwm,

Материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзном совещании по физике электрического пробоя газов (Махачкала, 1882 и Тарту, 1984), VIII ЕЗСАЫР1С (Greiis»a!4, GDR, 1986), XVIII IGPIG (Swansea, ПК, 1967), Всесоюзных совещаниях "Высокочастотный разряд в волновых полях" (Горький, 1987 и Куйбышев, 198Э), Всесоюзном семинаре по высокочастотному пробою газов (Тарту, 19В9), International Workshop on Strong Microwaves In Plasma (Суздаль, 1990).

МШШ

Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, список которых приведен в конце автореферата.

079mm в о$ш ¿ргеетта

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения и содержит 155 страниц, включая 64 рисунка и список литературы из 82 наименований.

Содержание работа

Диссертация состоят из 3 глаз , введения и заключения .

Ê2 введении дана общей характеристика работы, краткий обзор литературы и состояние проблеш на данный момент, а также поставлены задачи настоящего исследования.

Ê первой главе описывается принципиальная схема и рабочие установки , на которых были проведены эксперименты .

Экспериментальная установка долана обеспечить проведение экспериментов по схеме : СВЧ излучение в свободном пространстве взаимодействует с плазменным слоем , создаваемым внешним У® источником ионизации в газе высокого давления .

Эксперименты проводились на двух установках: "Граф" и "Свеча". ЬЫпульсный СВЧ генератор на установке "Граф" собран на

основе магнетрона с длиной волнн Ы2.5 см и ишульсной мощностью до 600 кВт при длительности импульса от 10 до 100 икс. Волна ТЕ10 линейно поляризована, распределение электрического поля В по радиусу близко к гауссову.

На второй установке импульсный СВЧ генератор собран на гиротронэ с длиной волны \=0.8 см, мощность» до 200 кВт и длительностью шпульса 0.01+1 мс. Обе камеры откачивались до давлений 10~г+10~3Тор и затем наполнялись различными газами (Н2, Аг, Нэ, AiHilg). Большинство измерений было проведено в азото.

Рабочие давления менялись в интервале 50 Тор^ р < 750 Тор. В качестве источника внешней ионизации в обеих установках использовался кольцевой источник ультрафиолетового излучения , представляющий собой кабель , согнутый в кольцо . Наружная, оплетка кабеля на кольда снята и заменена 12+15 электродами из пертавещей стали с расстояниями между ннма в несколько миллиметров. Первый электрод соединяется с наруотой оплеткой, о последейй-с центральной хилой кабеля» подсоединенного к источшпсу высоковольтного напряжения. Конденсатор емкостью 0.4 кзЭ, заряяэнннй до напряжения U «20 кВг разряжается через кольцо колебательно ( с периодом ~5 мкс ) в течешю «20 икс, создавая систему подаигаешж практически одновременно скользшщх поверхностных разрядов. УльтрзХиолотовоэ излучэшэ от пях , ионизуя газ, создает плазму. Если считать , что каждый промежуток

излучает как точечный источник, а проходящее через газ излучение

<

описывается законом Бугврз-Ла,\;берта» то аксиальное распределение концентрации электронов HQ(z) вблизи оси камера ?josho представать

1+2г/Вг -1

i I )

1VR

А

Здесь И - радиус кольца г Не(0) - концентрация электронов в плоскости кольца, - дата пробега ионизукщих фотонов. Предполагается, что зависит от давления следувдим образом (при неизменной жесткости квантов) : 1|(р) *> (750) * 750 / р. Экспериментальные данные о распределении плотности электронов Ыа вдоль оси камзра а , создаваемы внешним ионизатором в камере, заполненной газами при различном давлении , полученные с помощью зондовой методики и по прохождению СВЧ изучения через плазму подтверждают справедливость формулы (1).

Прохождение СВЧ излучения через плазму определялось для разных газов Ш2, воздух , Аг, Не ) при давлениях 100*800 Тор с помощь» СВЧ детектора, помещаемого за дальня» торцевым фланцем камеры. Для всех этих газов, кроме воздуха, принципиально поведение Не во времени одинаково. Для всех них наблюдается фазы: нарастание до максимума я квазистационарное существование во время работы внешнего ионизатора, рекомбинационный спад после его выключения, замедление спада и длительное существование в течение нескольких сот микросекунд. В воздухе плотность электронов во время действия ионизатора много шньшэ, чем в азоте. Тот ае эффект наблюдается при добавлении к азоту небольшого количества (»10"3> С02, что связывается с сильным поглощением ионизируещего излучения углекислым газом .

Во время работы кольцевого внешнего ионизатора и на рекомбинационной стада в области, где будет происходить взаимодействие СВЧ излучения с плазмой, существует плазменный слой с максимальной концентрацией электронов в плоскости ионизатора Нв~ 101гсм~3(для азота), симметричный относительно плоскости кольца и оси камеры г, что позволяет описывать распределение созданной ионизатором концентрации электронов

простой формулой (1).

Были также проведены исследования созданной внешним ионизатором плазмы в азоте с помощью инфракрасной (ИК) диагностики по методу "следа". Он заключается в том, что к азоту подмешивается в малом количестве газ СО ила <Х>2 , колебательные уровни которых близки колебательным уровням основного электронного сосотояния молекул азота. Возбуядая с помощью слабого СВЧ излучения колебательные уровни смеси, по излучению в ИК области, например, уровня 00°1 молекулы С0г моано судить о заселенности безизлучательного уровня с ?=1 молекул азота. С помощью ИК датчика были получены осциллограмма изменения во времени созданной внешним ионизатором плазмы в азоте, из которых следует, что внешний ионизатор не только ионизует газ, но и вносит нарушения в однородность плазмы через некоторое время после еа создания (~35+ 40 икс для азота щи давлении 160 Тор) за счет газодинамических явлений, связанных с образованием ударных волн.

Ё2 вуорой главе изучался экспериментально несамостоятельный СВЧ разряд, исследовалась его устойчивость. Неустойчивость проявляется в переходе первоначально однородного в пространстве разряда в сильно неоднородный , регистрируема на интегральных фотографиях в виде клубка ярко светящихся нитей» Еытянутых преимущественно вдоль СВЧ электрического шля.

Описаны методики, позволяющие зарегистрировать факт и момент появления неустойчивости :1) По появлэшш сигнала с коллдаированного ФЭУ, стоящего под углом 45° к оси камеры и следящего за областью вблизи реи камеры и плоскости кольца . 2) По резкому уменьшению прохождения через плазму СВЧ излучения, регистрируемого СВЧ детектором .

3) По резко меняющемуся отраженному СВЧ сигналу , измеряемому с помощью такого ке СВЧ детектора , находящегося под углом 45° к оси камеры .

4) По появлению свечения , разворачиваемого по времени и пространству с помощью фотоэлектрического регистратора ФЭР-7

Показано, что во время pactara внешнего ионизатора или сразу после его выключения, на стадии рекомбинвдаонного спада неустойчивость возникает только, когда параметр B/Hm(Nm-концентрация нейтралов) близок к значению , соответствуицему порогу самостоятельного пробоя для данных условий.

Для сравнения устойчивости несамостоятельного СВЧ разряда и разряда в постоянных полях в одной и той se камере при одинаковом давлении того не газа , при том se самом ионизаторе определялись пороги появления неустойчивости для обеих систем.

Из результатов проведенных экспериментов следует, что разряд в електродной системе менее устойчив, чем в СВЧ полях. Так, если в случае СВЧ разряда в техническом азоте при давлении р»150 Тор неустойчивость возникает - через 30 икс при поле Е*4,3 кВ/cu ,то в электродной системе при тех же условиях достаточно прилонить напряжение 4 кВ ( средняя напряженность В*2вВ/см ).

Измерен знерговклад в резрад в азоте на стадии однородного разряда . Показано , что енерговклад при СВЧ накачке существенно выше , чем при електродной . Приведены оценки максимального СВЧ энвргоЕКлада во время работы внешнего ионизатора и на стадии рекомбинвционного спада (суммарное время 40 мкс).

Полученный удельный энерговклад оказался максимальным для р=430 тор яра СВЧ мощности Ро=180 квт. Он равнялся 0.7да/(см3аты)

Абсолютные величины знерговилада занижены, так как максимальная мощность выбиралась для данного давления такой ,

чтобы неустойчивость не появлялась за все время действия СВЧ излучения , которое было существенно больше 40 мко ( до 1мс ), и здесь у«а начинали сказываться газодинамические явления, связанные с движением сходящейся ударной волны.

В этой еэ главе дается приближенное математическое описание

поведения изучаемой плазмы во время работы внешнего ионизатора и

на реконйинационной стадии, оценивается время появления

ионизационпо-перегревной неустойчивости, возникающей при

взаимодействии СВЧ излучения с плазмой, пмевдей неоднородное

распределение вдоль оси камеры (1). Проведены расчеты для

условий, близких к экспериментальным, с учетом изменения во

времени и пространстве параметра В/Ни, а следовательно, и

зависящих от него параметров, таких как температура электронов

Т. газовая температура т, частота столкновений электрон -в в

нейтрал ven, частота ионизации -о±, коэффициент диссоциативной рекомбинации а.

Решались уравпэния :

4 N5 / й г = не-а н§ + т т / (7-1) 'к Нд 11 / (1 г = Г) о Е2 Здесь у -показатель адиабата , -скорость образования электровоз от внешнего источника (см~3с~1), К,- концентрация нейтралов, Е -эффективная величина СВЧ электрического шля Е=Е0уоп/ «-частота СВЧ ноля, т]--доля СВЧ энергии, идущая в быстрей нагрев газа, к - постоянная Еольцмана.

Предполагалось, что в месте,' где разовьется впоследствии неустойчивость, выполняется условие изобаричностн р=ИЫ'=сопз1.

ш Я

Приводятся результаты . численного очата , кстораэ сравниваются с экспериментальными данными .

Из проведенных экспериментов а оценок коано сделать

следующие выводы:

I. Первоначально однородный СВЧ несамостоятельный разряд в свобода«* пространстве черва некоторое время переходит в контрагированшй вследствие развития неустойчивости.

II. Возникающая неустойчивость идентифицируется как ионизациопно-перегревнея.

Ш. Постровна математическая модель иошзвционно перегревной неустойчивости для несамостоятельного СВЧ разряда.

Из сопоставления результатов расчетов с экспериментами следует, что душ их соответствия во всем исследовавшемся диапазоне изменения параметра Е/Ни , кроме прямой ионизации электронным ударом, необходимо предполагать наличие другого механизма ионизации. Таким махаотзыои шкет быть ассоциативная ионизация с участием мэтастабилышх алектронно-возбуаденных молекул.

IV. Проведено экспериментальное сравнение устойчивости свободно локализованного СВЧ несамостоятельного разряда с устойчивостью электродного разряда в постоянных полях. Показано, что в идентичных условиях (одни и те зда внешний ионизатор, газ, давление) нэустойчивосзъ в постоянных полях возникает при полях ~ в 2 разе меньших, чеы в СВЧ полях.

7. Повышенная устойчивость СВЧ несамостоятельного свободно локализованного разряда приводе и к достижению большего шерговклада в разряд па стада однородного горения ( ~ в 4 раза для азота при давлении р=150 Тор).

VI Роль внешнего ионизатора мог бы играть и генератор СВЧ излучения, ишщий мощный кратковременный импульс, пробиващий газ, но но приводящий к появлению неустойчивости. Следувднй за ним второй годпороговый импульс можно использовать для вклада

енергии в плазм;.

Глава 2 посвящена изучении параметров плазмы на стадии развито!! неустойчивости. Измерялось температура газа (азота) по относительный интенсивностям линий колебательно-вращательного спектра 2+-систены азота (С3^ •» В3Пя), ее поведение во временя.

Измерения температуры проводились по относительной интенсивности двух линий Н-ветш подоен (0,2) с 3,=20 (1го), ,\=3780 % и Зг=28 (128), Л=37б4 % по формуле:

Тв= 445/С15 ( 1гоЛг85+0.141) (2)

Эксперименты проводились следуэдвм образом. Два монохроматора ЦЦР-3 находились симметрично по обе стороны от СВЧ развитого кентрагпрованного разряда . йэобрагепие разряда , игазчащэа несколько нитей , с помощь® лннз строилось на щелях монохроматоров . Посла монохроматоров стояли ©ОУ с вшттершгля повторителями , сигналы с которых поступали на даухлучевой осциллограф. Разреиение было гл«1§ . Сначала вся сиетеиа регистрации излучения отлаживалась так, чтобы про настройке обоих монохроматоров на одну и ту ке длину волны икэть одинаковые сигналы на осциллографе . Затем на одном па монохроматоров длина волны перестраивалась и регистрировались интенсивности двух линий в одно и то гэ время . Из относительных штенсивностой по формуле (2) вычислялась температура Та<

Так как нас интересовало поведение температура газа п после выключения- СВЧ ишульса (а свечение спадает быстро посла его выключения), то использовался второй , задерганный относительно первого ."подсвечивающий" СВЧ импульс с такой ш шяхлитудой п длительностью , что и нервна ( что определялось свойствами генератора СВЧ ). Измерения относительшх интенспвностей двух линий производились через малое время поело включения второго

импульса ( < 1 мкс.), чтобы второй импульс не успевал изменить температуру газа. Меняя время задержки , можно получить зависимость температуры I от времени. Было обнаружено два временных интервала изменения температуры газа. Один « 200 икс (с Твтах~1000°К), второй- порядка миллисекунд. Можно предположить, что им соответствует и два пространственных масштаба . Если считать , что остывание происходит, в основном, за счет теплопроводности, то время 200 мне соответствует нагретой области размером в несколько десятых долей миллиметра (0.2 мм) , а мшшеекундные времена-миллиметровой области. Меньшую область можно отовдесгвить с каналами ( нитями ), а большую - с ореолом , существующим вокруг нити.

Другой вазный параметр плазмы - концентрация электронов в нитях - измерялся по штарковскоыу ушреншо ланий поглощения с использованием перестраиваемого иншкционного лазера .

Используемый в пашах экспериментах метод диодной лазерной спектроскопии является неконтактным .

Диодный лазер работал в шлпульсно-периодическом рекиме. Разогрев активной зоны лазера во время импульса накачки обеспечивал сканирование частот генерации. Охлаздение лазера осуществлялось за счет еф&зкта Пельтье . Сканирование частоты генерации носит кусочно-непрерывный характер. Область непрерывной перестройки «11. Скорость сканирования зависит от амплитуды импульса тока накачки и для используемого лазера составляла « 0.005 8/шс .

Б область перестройки лазера попадала линия поглощения аргона Ап, с длиной волны Я=8657.9 8. Она соответствует переходу ЭР0(453) » 3и1(4Р7), где уровень 3Р0(4Б3) - матастабильинй.

Излучэпш диодного лазера (с большой расходимостью)

собиралось линзой в параллельный пучок, который затем с помощью пластины делился на две части. Одна поворачивалась в камеру и проходила через исследуемый контрагированный СВЧ разряд , а вторая пропускалась через непрерывный тлепций разряд ( в том ае газе , что и СВЧ разряд) с прокачкой газа в трубке . Оба пучка по выходе из камеры или газоразрядной трубки попадали через линзн на щели монохроматоров ( типа ВДР-З ) . затем на ФЭУ (с змиттернымя повторителями) и на осциллографы (типа С8-13 или 08-17).

Сигнал, полученный после прохождения излучения через тлещий разряд, является реперным, соответствушЕМ несмещенному, нулевому положению линии поглощения (благодаря низкой концентрации электронов в разряде).

Монохроматор слукит для грубого определения длины волны излучения диодного лазера, а также для отделения излучения лазера от широко диапа зонных по длинам волн излучений ионизирующего источника и разрядных нитей. Для точного наховдешш генерируемой в данный момент диодным лазером длины волны (кеняшойся нелинейно со временем) использовался реперннй сигнал в сочетании с шггер$зро5зэтром Фабрп-Перо.

Нййдя долю поглощенного излучения диодного лазера в зависимости от длшш волны лазера, можно построить просаль линии поглощения.

Используемый диодный лазер шел сравнительно инзкую скорость перестройки, что но позволяло снимать весь профмь яшшн за один импульс. Поэтому его пришлось снимать за несколько импульсов, меняя задержку кеяду моментом включения СВЧ шпульса и импульсом излучения диодного лазера , причем кезднй раз использовалось не менее 5 реализацйй , а затем находилась средняя величина доли поглощенного излучения.

Пространственное разрешение определялось диаметром пучка диодного лазера , пересекающего СВЧ разряд , и составляло « 5 мм Такой размер был выбран для того , чтобы на сечение пучка пригодилось большое число нитей . Так как следить за одной нитью практически невозможно в связи с неопределенностью места ее возникновения и слошэстьо формы , то , вероятно .более разумно следить сразу за больши числом нитей. Время распространения разряда через пучок было < 1 мкс ( скорость распространения разряда в аргоне измерялась скоростным фоторегистратором). За это время частота диодного лазера практически не менялась.

Были построены профщш линий поглощения для разных давлений в камере при постоянной СШ мощности и для разных мощностей при постоянном давлении. По нем можно определить полуширины (ширины на половине высоты) линий и сдвиг относительно раперной точки.

Наблюдаемый профиль линии при включенном СВЧ излучении КАЛ.) является сверткой двух функций :

со —со

31 описывает профиль линии, обусловленный Штарк-эффектом , 12-. профиль, обусловленный другими эффектами (уширение Ван-дер-Ваальса, измеряемое при выключенном СВЧ генераторе). Допплеровское ушренш было пренебрежимо мало. Строго говоря, надо решать интегральное уравнение, но положение облегчается тем, что измеренные профили I а 12 близки к лоренцевским. Значит, 11 токе лоренцевский профиль , и его ширина равна разности ширин профиэй I и

Для оценки концентрации электронов в каналах мокно

воспользоваться формулами для полуширины Л\1/2 и сдвига ДЯа :

Л\,/о[8)«[1+1.Т5.10"4Я 1/4а (1-0.068 N. 1/бГ1/г>]10"162* N 1/2 » в (3)

ДА,в123 «C(ú/W)í2'10"4líe1/4a (1-0.068 He1/6T"1/2)]10~16W N9

Здесь 2э и <1- голушрина и сдвиг за счет электронов; а -параметр,

характеризующий вклад , нносикый ионами в уширенпе а сдвиг.

Параметры а , * , й рассчитаны Гримом с помощью "ударной

теории" и для топи, линий приведены в его книге.

В основном, измерялись полуашршш линий, т.к. сдвиг

определяется менее точно (хотя, и сдвиг давал близкие значения

концентрации ).

Все расчеты Грима были проведены для однородной оптически тонкой плазмы.

Форду лы (3) ждао использовать в слодутап. прэдполоэяшшх :

1) контрагированшй разряд представляет собой набор отдельных,вэперекрнвакцихся.одповременпо существующих нитей;

2) утирание и сдвиг у всех нитей одинаковы;

3) каждая нить является однородным образованием;

4) плазма в нитях является оптически тонкой.

Т.о., мы определяем величину Пв , усредненную и но числу нитей и по времени из гшзня. Оценивая концентрации электронов по формула?.! (3) при сделанных предположениях, получаем гакнюю оценку концентрации электронов в каналах .

Найдены зависимости концентрации ?«е от плотности СВЧ мощности (при давления р-120 Тор) и - от давления прн постоянной мощности (Р=125 кВт). Зависимость Не от давления близка к закону: 11д<* р1/г; зависимость от плотности СВЧ мощности еще слабее . Сама se величина концентрации' Ме достигает значзшй 101бсм~э( н вше ) , что значительно превышает величину критической плотности

Иес=ш С^+^п )/4те2 («-частота СВЧ поля , Уеп-частота столкновений электронов с тяжелыми частицами). Нес^101Л+1015см_3(в зависимости от давления и диапазона СВЧ мощности).

Нарастающая за короткие вреыана (<1мкс) столь высокая концентрация Не~101бсм_3 согласуется с предсказанным теоретически в работе А.В. Кама и Г.Ы.ФреЙиана ( <йгаика плазмы, т.9, вып.З, 1983) режимом взрывного роста параметров нити (концентрации и температуры электронов) с последующим насыщением.

В диссертации решена задача реализации схемы несамостоятельного разряда, возбуждаемого в свободном пространстве СВЧ пучком, и исследована его устойчивость.

результате

I. Предложена и реализована оригинальная экспериментальная установка, позволившая осукэствить несамостоятельный СВЧ разряд в свободам пространстве. В качестве внешнего ионизирующего источника использовался кольцевой источник, представляющий собой систему поджигаемых, практически одновременно скользяшда поверхностных разрядов, ультрафиолетовое излучение от которых ионизует газ, создавая в фокальной области сходящегося СВЧ пучка слой плазмы, симметричный относительно плоскости ионизатора и оси камеры.

II. Исследована устойчивость свободно локализованного несамостоятельного СВЧ разряда в газах (Н2, Аг, Н2+Аг, Не) высокого давления Покчзано, что для данного газа при определенно.' хя^шия и неизменной внешней ионизации, существует пороговое значение СВЧ электрического шля , при про выше кки

первончально однородный несамостоятельный разряд

перехода в сильно контрагированннй вследствие развития неустойчивости.

Неустойчивость, развивающаяся в свос5одно локализованном шсшостоятельном СВЧ разряде в газе высокого давления, адввтвфшврована как ионззсцнонно-перегревная. Ш Построена математическая модель иошзационно-перегревной неустойтавоств и проведав машинный счет для условий, близких к экспериментальным. ®з сопоставления расчетов и экспериментов сделан вывод , что для ооьяспопзя экспериментов во всем диапазоне изменения параметра 2/1?и , кроме ионизации прямым электронным ударом, необходимо привлекать дополнительные механизмы ионизации ( таким механизмом может бать ассоциативная ионизация). 17. Проведено экспериментальноз сравнение устойчивости свободно локализованного несамостоятельного СВЧ разряда и разряда в постоянном поле. Продемонстрирована повышенная устойчивость СВЧ несамостоятельного разряда (при прочих равных условиях в постоянном полз неустойчивость возникает при полях Е ~ в два раза меньших, чем в СВЧ полях ).

7. Впервые экспериментально исследована ионизацяонно-перегревная неустойчивость на развитой (нзлшэйной) стада. Измерены температура газа и концентрация электронов в областях контракции (каналах). Изморенная максимальная температура Та~ 1000°К, а концентрации электронов в каналах достигает значений йв~101бсм~э. Результаты экспериментов не противоречат выводам теоретической работы A.B. Кика и Г.М. Фраймаиа 191, описывающей нелинейную стадию ионизашонно-перэгревной неустойчивости.

Основные результаты диссертации опубликованы d работах: I1J Грицишш С.И., КосснЯ И.А., Магувов А.Н., Тарасова H.H.-

Нэсамостоятельша СВЧ разряд в азота. Всесоюзное совещание по 4 физике электрического пробоя газов, Махачкала, 1982. Тезисы докладов, с.4,5

[21 Грицашн С.И., Kocraä H.A., Тарасова H.Ü.- Несамостоятельный СВЧ разряд в азоте при высоком давлении.- В кн.: II Всесоюзное совещание по физике электрического пробоя газов . терту , ТГУ,1984,1.2, 0.431*433.

[31 Батанов Г.Ii.. Грицинин С.И., КоссыйИ.а., Иагунов а.Н., Силаков В.П., Тарасова Н.Ы. - СВЧ разряда высокого давления . Ы. ¡Наука. Труда ОДН , Т. 160 .1985 , с. 174+203 143 Грищшин С.И., Косснй И.А., Силаков В.П. , Тарасова H.H. , Тзрехил В.Е.- Неустойчивость несамостоятельного СВЧ разряда в азоте . Препринт ИСФАН $14 ,1986 .

151 Гршвшш С.И., КоссыйИ.А., Силаков В.П. , Тарасова Н.й. , Торг тин В.Е.- Долгоишущая плазма в газах высокого давления, создаваемая ишульенш ультрафиолетовым излучением. ТВТ, т.24, Ш. 1986, с. 662+667161 Грицинин С.И., КоссыйИ.А., Тарасова H.H., Шнбков В.М. - Исследование возмудения газовой среда в ОВЧ разрядах высокого давления методом второго дишюстнруадего импульса . ТБГ , т.25 , J64 , 1987 , с.625-629 . 17J Грицишн С.И., Косснй И.А., Силаков В.П., Тарасова K.M., Терэхин В.Е.- Несамостоятельный СВЧ разряд в азоте при высоком давлений . №> , Т.57 ,вш.4 , 1987 , 681+686. 18J Grltsinln S.I., Kossyl I.A., Silakov Y.P., TarasovaN.il.-Preasure Dischargee In Electromagnetic Wave Beaaa. XVIII ICPIG, 1987, UK, Swansea, Inv. Papers, pp.232+240. 19) Вааадзе К.Б., ВецкоВ.М., Грицинин С.И., КоссыйИ.А., Тарасова Н.И. , Хухунашвили Т.Р. - Ионизационно-шрегрввная неустойчивость , возбуждаемая , пучком СВЧ излучения в

распадапцейся спльностолкновательной плазме . Всесоюзный семинар но высокочастотному пробе» газов ,0.217-219 , Тарту , 1989 . 110) Аветисов И.Г., Гршинин С.Й., Кил А.В., Коссый И.А., Костгоский А.Ю., Мисанян Ы.А., Надевдинский А.И., Тарасова Н.М., Хуснутдинов А.Н.- Ионизационный коллапс высокочастотной плазменной нити в плотном газе. Письма в ЮТ®, 1990, т.51, вып.6. I11J AvetlsoT I.G., GrltBlnln S.I., К1И A.V., Kossyi I.A., Koatinslcli A.Yu., Mieaician Ы.А., HadezMinskii A.I., Тагаеота Н.М., Khumutdlnov A.M. Ionizing collapa of high frequency plasma filament in dense gas.-International Workship on Strong Microwaves in plasma, 1990, Susdal.