Научный архив: статьи

В работе представлены результаты измерений эквивалентного сопротивления плазмы в высокочастотном индуктивном источнике плазмы диаметром 46 см при изменении величины индукции внешнего магнитного поля от 0 до 50 Гс, выполненные на рабочих частотах 2, 4 и 13,56 МГц и фиксированной мощности ВЧ-генератора в диапазоне 100–500 Вт. Эксперименты проводились с использованием аргона в диапазоне давлений 0,1–30 мТорр. При наложении внешнего магнитного поля были обнаружены области резонансного поглощения ВЧмощности, соответствующие условиям резонансного возбуждения связанных между собой геликонов и косых ленгмюровских волн. Показано, что наложение на разряд внешнего магнитного поля, соответствующего областям резонансного поглощения ВЧ-мощности при рабочих частотах более 2 МГц, позволяет оптимизировать поглощение ВЧ-мощности плазмой. Эффект увеличивается с ростом рабочей частоты.

Представлена методика и результаты исследования спектрального состава рентгеновского излучения из различных областей плазмы микропинчевого разряда на установке типа «низкоиндуктивная вакуумная искра». Измерены спектры рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов 1–30 кэВ из области плазменной точки, из области прианодной плазмы и анода плазмы микропинчевого разряда. Экспериментально установлено, что интенсивность рентгеновского излучения плазменной точки превышает интенсивность рентгеновского излучения из области прианодной плазмы и анода в исследуемом диапазоне энергий.

Описана методика и приведены результаты исследования спектрального состава и выхода рентгеновского излучения плазмы микропинчевого разряда, получаемой на установке типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» в зависимости от полярности электродов разрядной системы. Измерения проводились с помощью созданных диагностических систем, функционирующих на основе термолюминесцентных и сцинтилляционных детекторов. Это позволило производить измерения в диапазоне энергий рентгеновских квантов 1–300 кэВ.

В работе представлены результаты измерений радиального распределения ионного зондового тока насыщения в высокочастотном индуктивном источнике плазмы диаметром 46 см при изменении величины индукции внешнего магнитного поля В от 0 до 50 Гс, выполненные на рабочих частотах 2, 4 и 13,56 МГц и фиксированной мощности ВЧ-генератора в диапазоне 100– 500 Вт. В качестве рабочего газа использовался аргон, давление которого изменялось от 0,1 до 30 мТорр. Показано, что наложение внешнего магнитного поля позволяет управлять радиальным распределением зондового ионного тока насыщения. Выявлены оптимальные условия создания протяженных участков однородной плазмы диаметром более 30 см.

Представлены результаты экспериментального исследования условий возникновения НЧколебаний в плазменном кольце, формируемом ЭЦР-разрядом (Ar) в узком коаксиальном резонаторе. Установлена область параметров разряда, при которых эти колебания являются устойчивыми. Предполагается, что регистрируемые колебания являются следствием возникновения электростатической волны, распространяющейся в азимутальном направлении.

Выполнено численное моделирование течения плазмы для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором и частотой тока 3 МГц. В качестве плазмообразующего газа рассмотрена смесь аргона с водородом при объемной концентрации водорода  от 0 до 10 %. Рассчитаны распределения электромагнитных полей и всех теплогазодинамических параметров потока плазмы. Показано, что при величине амплитуды тока разряда выше определенного критического значения JКР, зависящего от , происходит изменение режима течения плазмы из потенциального в вихревое, при котором в зоне энерговыделения образуется тороидальный вихрь. Установлена зависимость величины критического тока JКР от объемной концентрации водорода . Определено влияние  и тока разряда JК на интенсивность и координаты положения центра возникающей вихревой трубки.

В настоящей работе изучены эффективность поглощения высокочастотной (ВЧ) мощности плазмой и структура возбуждаемых волн в индуктивных ВЧ-источниках плазмы (ИП) диаметром 20 см и длиной – 20, 32 и 52 см при наличии внешнего магнитного поля 10–65 Гс. Измерения выполнены в аргоне в диапазоне давлений 0,1–2,3 мТорр и мощностях ВЧгенератора 0–1000 Вт. Для возбуждения индуктивного разряда использовалась соленоидальная антенна. Параллельно с индуктивным каналом в разряде был организован канал постоянного тока, сформированный двумя электродами, расположенными на торцах цилиндрического источника плазмы. Показано, что при давлении аргона менее 1 мТорр и мощностях ВЧ-генератора менее 800 Вт во всех трех рассмотренных ИП эффективность вложения ВЧ-мощности немонотонно зависит от магнитного поля. Измерение аксиального распределения продольной и азимутальной компонент магнитного ВЧ-поля показало, что при магнитных полях более 10 Гс в ИП формируется частично стоячая волна. Положение локальных максимумов азимутальной и продольной компонент ВЧ-поля сдвинуты друг относительно друга по продольной координате. Число полуволн, укладывающихся на длине источника плазмы, зависит от величины индукции внешнего магнитного поля и длины ИП. При подаче между электродами напряжения 100 В амплитуда продольной и азимутальной компонент магнитного ВЧ-поля возрастает, что связано с увеличением коэффициента отражения волны на границе ИП.

В работе последовательно рассмотрены предпосылки создания импульсных цезий–ртуть– ксеноновых ИК-источников с двумя сапфировыми оболочками. При этом теоретически выявлены факторы, определяющие параметры излучения газоразрядной лампы, сформирована математическая модель и выполнен расчет температурных, плазменных и радиационных характеристик разряда, а также выполнен комплекс экспериментальных, конструкторских и технологических исследований. Полученные результаты расчетных и экспериментальных исследований позволили впервые создать новое поколение отечественных импульсных газоразрядных источников ИК-излучения с разрядом смеси паров цезия, ртути и ксенона, ограниченным системой из двух сапфировых оболочек.

Исследовано воздействие на углеродные волокна импульсных токов с амплитудным значением в тысячи ампер и длительностью 250 мкс. При таких токах происходит частичное испарение материала волокна. Вылетевшие частицы образуют плазму, малое сопротивление которой шунтирует углеродное волокно, предохраняя его от полного разрушения. В первом импульсе происходит пробой диэлектрической матрицы композита, причем плотность образовавшейся плазмы оказывается большой, и ее проводимость определяется процессами рассеяния электронов на частицах плазмы. При повторных импульсах плотность плазмы существенно уменьшается и ее проводимость носит индуктивный характер. Полученные временные зависимости тока и напряжения позволяют провести оценку некоторых параметров плазмы, образовавшейся при первичном и последующих импульсных воздействиях.

Установлена причина возникновения устойчивых синфазных НЧ-колебаний в плазменном кольце, формируемом ЭЦР-разрядом в узком коаксиальном резонаторе. Определена зависимость частоты НЧ-колебаний от природы рабочего газа, показывающая, что регистрируемые колебания являются следствием возникновения ионно-звуковой волны, распространяющейся в азимутальном направлении.

В настоящей работе изучены характеристики разряда, основанного на комбинации индуктивного высокочастотного (ВЧ) разряда и разряда постоянного тока. Исследованы закономерности вложения ВЧ-мощности в плазму, выполнены измерения азимутальной B и продольной Bz составляющих высокочастотного магнитного поля, аксиального распределения концентрации и температуры электронов, потенциала пространства. В качестве объекта исследования использован однокамерный цилиндрический источник плазмы диаметром 20 см. Канал постоянного тока сформирован двумя электродами, расположенными на торцах цилиндрического источника плазмы. Измерения выполнены в аргоне в диапазоне давлений 0,1–2,3 мТорр при значениях индукции внешнего магнитного поля 0–60 Гс и мощностях ВЧ-генератора 0–1000 Вт. Показано, что при появлении канала постоянного тока потенциал плазмы понижается по сравнению с чисто индуктивным разрядом. При подаче между электродами напряжения 100 В амплитуда продольной и азимутальной компонент магнитного ВЧ-поля возрастает, что связано с увеличением коэффициента отражения волны на границе источника плазмы.

Проведены численные эксперименты для исследования влияния геометрических (диаметр разрядного канала, межэлектродное расстояние), электрических (удельная электрическая мощность, средняя мощность периодически следующих импульсов) и физических параметров (давление наполнения, состав плазмообразующих сред) разрядов в ксеноне и криптоне на спектрально-энергетические характеристики импульсных источников излучения. Получен широкий набор данных по параметрам разрядов, включая температурные поля в разряде и спектральные распределения излучения. Определены условия, при которых может быть обеспечен заданный уровень пиковой силы излучения в УФ-области спектра. Указаны диапазоны частот следования импульсов и средних электрических мощностей, обеспечивающих выполнение поставленных требований по выходу УФ-излучения. Дана оценка влияния эффекта обратимой непрозрачности кварца на мощность коротковолнового излучения. Результаты расчетов подтверждены в ходе экспериментальных работ.