Фундаментальная задача, поставленная в настоящей работе, заключалась в исследовании возможности реализации в условиях свободного пространства в воздушной среде атмосферного давления взрывного образования металлической микроплазмы, обнаруженного и изученного ранее при контактах металлической поверхности с бесстолкновительной плотной и относительно горячей плазмой, получаемой в разрядах низкого давления.
Прикладная задача, стимулировавшая постановку экспериментов, заключалась в использовании поверхностных микровзрывов для создания поверхностной «шероховатости», способной существенно уменьшить вторично-эмиссионную способность металла и, таким образом, уменьшить вероятность или полностью исключить возможность возбуждения вторично-эмиссионных электронных микроволновых разрядов, ограничивающих уровень микроволновой мощности, принимаемой или передаваемой космическими спутниками связи.
Основные результаты, полученные в ходе выполнения исследований, состоят в следующем:
- впервые в условиях открытого пространства при атмосферном давлении воздушной среды реализована основанная на применениии импульсного капиллярного микроволнового факела схема эксперимента, позволяющая осуществить возбуждение взрывоэмиссионное образование микроплазмы на поверхности металла;
- проведена обработка поверхности алюминиевой пластины многократным облучением плазменной струёй капиллярного микроволнового разряда и показано, что в результате взрывоэмиссионных микроискрений происходит трансформация исходно гладкой поверхности в поверхность «шероховатую», представляющую из себя множество микронных размеров выступов и впадин («микрократеров»);
- максимальный коэффициент вторичной электронной эмиссии max «шероховатой» («рифлённой») поверхности снтжается от 2 для необработанного образца до 0,4 для обработанного образца, и остаётся стабильно низким в течение длительного пребывания образца в атмосфере.
Последний результат позволяет рассматривать предложенный и исследованный метод воздействия на металлическую поверхность, как способ обработки элементов бортовой спутниковой радио-электронной системы с целью подавления вторичноэмиссионных электронных разрядов («мультипакторов»), приводящих к временному нарушению работы или к невосстанавливаемому разрушению компонентов аппаратуры.
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.
Приведены результаты исследований генерации пучков убегающих электронов и рентгеновского излучения в неоднородном электрическом поле при давлениях воздуха, азота, аргона и гелия от 1 до 100 кПа. Использовался генератор, который формировал импульсы напряжения с фронтом 1,5 мкс и амплитудой до 200 кВ. Рентгеновское излучение с помощью сцинтиллятора и ФЭУ было зарегистрировано за анодом из алюминиевой фольги во всём диапазоне давлений во всех четырёх газах.
В гелии пучок убегающих электронов при давлении 100 кПа был зарегистрирован коллектором. В воздухе, азоте и аргоне пучок убегающих электронов с данным генератором имел сравнительно малые амплитуды, а также энергии и фиксировался коллектором только при низких давлениях (< 20 кПа). Установлено, что при микросекундной длительности фронта импульса напряжения необходимо использовать катоды, обеспечивающие наибольшие напряжения пробоя промежутка.
Проведены исследования генерации пучков убегающих электронов (УЭ) и формирования диффузных разрядов при пробое промежутков с катодом, который имеет малый радиус кривизны. В воздухе и азоте повышенного давления на основе регистрации и анализа характеристик излучения разряда, а также параметров тока пучка УЭ и динамического тока смещения показано, что в зависимости от условий (приведённая напряжённость электрического поля, сорт газа и его давление, конструкция и материал катода, амплитуда и фронт импульса напряжения) реализуется различные режимы генерации пучков УЭ. Установлено, что соотношение скорости фронта волны ионизации (стримера) и убегающих электронов, а также конструкция катода и времени задержки до взрыва катодных микронеоднородностей существенно влияют на режим генерации УЭ. Определены условия реализации различных режимов, приведены осциллограммы импульсов тока пучка и фотографии свечения промежутка.