Проведено экспериментальное исследование влияния скорости вращения разрядной колбы безэлектродной серной лампы высокого давления на её излучательные характеристики. Плазма возбуждалась в смеси паров серы (5—6 атм) и аргона (20 Торр) на сверхвысокой частоте (СВЧ) 2,45 ГГц и мощности магнетрона 90—540 Вт в кварцевой сферической колбе диаметром 35 мм, размещенной в цилиндрическом резонаторе диаметром 73 мм и высотой 147 мм. Установлено, что форма и положение плазмы СВЧ-разряда в колбе, а также спектр оптического излучения плазмы определяются скоростью вращения разрядной колбы. Увеличение скорости вращения сдвигает спектр плазмы в сторону длинных волн, повышает освещенность и снижает температуру стенок колбы, цветовую температуру и общий индекс цветопередачи плазмы. Экспериментально установлена граница устойчивого и неустойчивого режимов разряда, определяемая граничной мощностью магнетрона, уменьшающейся с увеличением скорости вращения разрядной колбы. Обсуждаются способы получения устойчивого СВЧ-разряда в парах серы высокого давления в неподвижной колбе.
На основе двумерной самосогласованной модели исследована роль электронного удара в диссоциации н-гептана в СВЧ-разряде в жидком н-гептане при атмосферном давлении. Модель включала в себя систему уравнений Навье-Стокса для двухфазного дозвукого потока несжимаемой жидкости и сжимаемого газа, уравнение теплопроводности, уравнения Максвелла для СВЧ-поля, уравнение Больцмана для электронов плазмы и уравнения баланса для концентрации электронов и весовой доли н-гептана в паровой и жидкой фазах. Показано, что роль электронного удара мала на временах, больших 10-3 с.
Исследуется нанофокусировка электромагнитной энергии оптического диапазона частот в наноразмерную пространственную область в окрестности нановершины металлического микроострия, возникающая при схождении к нему поверхностной плазмонной волны. Предполагается, что в окрестности вершины микроострия возбуждается поверхностная плазмонная стоячая волна с симметрией TE-волны. Граница металла вблизи нановершины микроострия приближается поверхностью параболоида вращения. Исследование показало, что TE-волна существует и дает вклад в нанофокусировку на вершине микроострия только на частотах, больших примерно 0,64 от плазменной частоты металла, а на меньших частотах указанного вклада нет, и распределение электромагнитной энергии в окрестности нановершины определяется только TM-волной.
Исследована зарядка частиц Al2O3 размером от 20 до 40 мкм в воздушном потоке, проходящем через область многоэлектродного коронного разряда. Коронный разряд создавался системой проволочных электродов, расположенных поперек потока. Измерение заряда и массы частиц производилось с помощью линейной электродинамической ловушки. Среднее отношения заряда к массе частиц, прошедших через коронный разряд при напряжении 18 кВ, составило 1,69×1013 e/г для положительной полярности и 1,35×1013 e/г для отрицательной.
Проведено экспериментальное исследование разгорания безэлектродной серной СВЧ-лампы высокого давления. Разряд зажигался и поддерживался в парах серы и аргоне (20 Торр) в кварцевой колбе диаметром 35 мм, размещенной в цилиндрическом резонаторе диаметром 73 мм и высотой 147 мм. Колба вращалась с угловой скоростью v от 0 до 24 об/с, плазма возбуждалась на частоте 2,45 ГГц при мощности магнетрона 200–740 Вт. Обнаружено, что появление светового потока (освещенности) лампы после зажигания в колбе СВЧразряда происходит с задержкой tз, которая не зависит от скорости вращения колбы, но уменьшается с увеличением мощности магнетрона. В процессе разгорания лампы наблюдалось изменение формы плазмы СВЧ-разряда и ее положения в колбе, которые определялись скоростью вращения колбы и мощностью магнетрона. Зависимость освещенности лампы от времени ее разгорания t имела максимум Еmax, положение которого, tmax, с увеличением мощности магнетрона и скорости вращения колбы сдвигалось в сторону меньших значений t. С увеличением скорости вращения колбы v от 0 до 7–8 об/с уменьшалось время достижения лампой установившегося режима tуст., возрастала максимальная освещенность Еmax, а спектр излучения плазмы сдвигался в длинноволновую область. Увеличение скорости вращения колбы свыше 8 об/с вызывало снижение освещенности и рост tуст.
В рамках статистической теории жидкого состояния вещества с помощью метода броуновской динамики рассчитаны термодинамические величины сильнонеидеальной кулоновской структуры микрочастиц, которая удерживалась линейной ловушкой Пауля в воздухе при атмосферном давлении. Для расчета использовался кулоновский потенциал межчастичного взаимодействия и полученные в расчете парные коррелятивные функции кулоновской структуры. Рассчитаны средний параметр межчастичного взаимодействия (параметр неидеальности Γ), внутренняя энергия кулоновской структуры и ее давление на ловушку. Обнаружено, что с ростом размеров частиц и их зарядов данные величины в среднем уменьшаются за счет увеличения равновесных средних межчастичных расстояний в электродинамической ловушке. В процессе выхода на стационарное состояние также происходит уменьшение энергии и давления за счет увеличения среднего межчастичного расстояния при частичном упорядочивании частиц кулоновской системы.
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.
Рассмотрены особенности экспериментальной работы плазменного релятивистского СВЧ-генератора (ПРГ) Sinus 550-80 при разных значениях концентрации плазмы. Рассмотрены два значения концентрации плазмы, при которых центральные частоты выходного СВЧ-излучения ПРГ были равны 5.1 ГГц и 11.5 ГГц. Численное моделирование демонстрирует снижение концентрации электронов плазмы в результате действия заряда релятивистского электронного пучка (РЭП) при черенковском взаимодействии и возникновение “ионного фона” в течение импульса ПРГ. При низких концентрациях плазмы это может приводить к изменению условий СВЧ-генерации – сопровождаться не только изменением широкополосного излучения на узкополосное, но и снижением мощности излучения. В то же время при больших значениях концентрации плазмы при генерации СВЧ-излучении на высоких частотах средняя амплитуда электрического поля волны практически не меняется в течение импульса РЭП, а излучение остается широкополосным. Анализ результатов экспериментов и численного моделирования подкреплен оценками линейной теории, доказывающей, что при более высоких значениях концентрации плазмы ПРГ работает более устойчиво.
Изучается влияние длительности плазмохимической обработки кремниевых подложек во фторидной плазме. В качестве источника использовалась плазма гексафторида серы (SF6). Был проведён анализ полученных зависимостей шероховатости, высоты и угла наклона, сформированных при травлении, от времени плазмохимической обработки и от потока фторсодержащего газа. Длительность обработки во фторсодержащей плазме влияет на шероховатость вытравленной поверхности и геометрию вытравленной области, так при более длительной обработке во фторидной плазме возрастает шероховатость и угол полученной структуры. Изучение морфологии про-водилось на установке атомно-силовой микроскопии (АСМ). Было установлено, что по мере увеличения времени плазмохимической обработки увеличивался угол вытравленной структуры, зависимость шероховатости от времени имела условно два участка, интенсивно возрастающей до 60 сек и участок с мало меняющейся шероховатостью, но с большой дисперсией. При увеличении потока фторсодержащего газа линейно увеличивались угол вытравленной структуры, высота структуры и шероховатость вытравленной поверхности.