Реферат: А. В. Татаринов, И. Л. Эпштейн Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева, ран, Москва, Россия

XXXI Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 16 – 20 февраля 2004 г.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДНОГО СВЧ РАЗРЯДА. УЧЕТ ДВОЙНОГО СЛОЯ. Ю.А. Лебедев, А.В. Татаринов, И.Л. Эпштейн
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева, РАН, Москва, Россия,
e-mail: lebedev@ips.ac.ru

Представлены результаты моделирования электродинамики СВЧ разряда в нерегулярной коаксиальной системе с плазмой, горящей на торце центрального электрода.

Возникновение шарообразной плазмы на торце центрального цилиндрического электрода наблюдалось в экспериментах. Были проведены исследования стационарного разряда в водороде, азоте и аргоне при давлениях 0.5  15 тор [1-3]. Анализ пространственного распределения интенсивности излучения из плазмы показал, что области максимального поглощения СВЧ мощности расположены не только вблизи поверхности внутреннего электрода, но и на поверхности разряда.

На первом этапе была разработана одномерная модель для СВЧ разряда в водороде в квазистатических полях с радиальной симметрией. Получены стационарные распределения плазмы и поля, устанавливающиеся в результате баланса процессов ионизации, диффузии и рекомбинации электронов внутри цилиндрической (сферической) системы электродов [4]. Для изучения процессов согласования источника СВЧ энергии и плазменного образования, а также для выяснения влияния особенностей СВЧ поля в приэлектродной области на параметры разряда была разработана двумерная модель. Решались нестационарные уравнения Максвелла [5] и баланса заряженных частиц на двумерной сетке [6].

Важную роль в процессе образования стационарной формы разряда могут играть статические поля, возникающие в областях (слоях) разделения пространственного заряда. Поэтому была создана одномерная квазистатическая модель, включающая уравнения баланса для электронов и ионов, и уравнение Пуассона. На границе плазменного образования выполняется условие равновесия между давлением электрического поля возникающего в слое разделения пространственного заряда (Максвелловское напряжение) и полным давлением плазмы с учетом направленного движения заряженных частиц [7]

.

Показано, что максимальное значение удельного энерговклада находится вблизи поверхности внутреннего электрода для всех давлений. В этой области концентрация плазмы порядка критической, а СВЧ поле максимально. Расчеты хорошо согласуются с экспериментом в области «самостоятельного» разряда расположенного в приэлектродной области [4,6]. Размеры плазменного образования определяются положением двойного слоя. Радиус шарообразной плазмы пропорционален поглощенной мощности.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант 02-02-16021)и программы №20 фундаментальных исследований Президиума РАН.

Литература
Бардош Л, Лебедев ЮА Физика Плазмы 1998 24 956

Лебедев ЮА, Мокеев МВ ТВТ 2000 38 381

Лебедев ЮА, Мокеев МВ, Татаринов АВ Физика Плазмы 2000 26 293

Lebedev Yu.A., Tatarinov A.V., Epstein I.L. Plasma Sources Sci&Technol. 2002 11 146

Birdsall C.K. and Langdon A.B. Plasma physics via Computer Simulation (McGraw-Hill Book Company) 1985

Лебедев ЮА, Мокеев МВ, Татаринов АВ, Эпштейн ИЛ Физика Плазмы 2004 30

Lapuerta V. and Ahedo E. Physics of Plasmas 2000 7 2693

Авторы:

Лебедев Ю.А., Россия, Москва, Институт Нефтехимического Синтеза им. А.В. Топчиева, РАН, e-mail: lebedev@ips.ac.ru

Татаринов А.В., Россия, Москва, Институт Нефтехимического Синтеза им. А.В. Топчиева, РАН, e-mail: atat@ips.ac.ru

Эпштейн И.Л., Россия, Москва, Институт Нефтехимического Синтеза им. А.В. Топчиева, РАН, e-mail: epstein@ips.ac.ru