Реферат: В. А. Курнаев Московский инженерно-физический институт (государственный университет), Москва, Россия, e-mail

XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 24 – 28 февраля 2003 г.
генерация вч электромагнитных колебаний и высоковольтных импульсов в неустойчивых приэлектродных слоях М. Акел*, И.В. Визгалов, В.А. Курнаев
Московский инженерно-физический институт (государственный университет), Москва, Россия, e-mail: vizgalov@plasma.mephi.ru

*Комитет по атомной энергии, Дамаск, Сирия, e-mail: akel2000@mail.ru

Работа посвящена исследованию неустойчивости плазменно-поверхностного взаимодействии в сильнонеравновесных разрядах низкого давления. Подробно рассмотрен механизм автогенерации высокочастотных электромагнитных колебаний в цепи c холодноэмиссионным катодом. В этом механизме определяющую роль играют высокая вторично-эмиссионная способность катода, обеспечиваемая тонкой диэлектрической пленкой, и наличие в разряде надтепловой группы электронов. Рассмотрены условия перехода от стационарного к неустойчивому режиму протекания разрядного тока. Приводится математическая модель для численного расчета параметров электромагнитных автоколебаний в разрядной цепи.

В докладе обсуждаются разрядные условия и механизмы появления высокой эмиссии холодного катода за счет формирования на поверхности катода тонких диэлектрических пленок и эффекта усиления выхода вторичных электронов под действием электрического поля высокой напряженности. Устойчивость тонких пленок (толщиной порядка сотен ангстрем) при контакте с разрядной плазмой определяется динамическим равновесием между процессами распыления и роста. Показано, что нарушение равновесия может приводить к гистерезисным эффектам.

Так, при увеличении рабочей частоты (до 100 МГц) и мощности ВЧ-автоколебательного разряда (до 3кВт) была обнаружена модуляция разрядного тока (на уровне 1 кГц), которая сопровождается прекращением ВЧ-автогенерации и формированием очень высоковольтного (до 30 кВ) отрицательного импульса напряжения в цепи катода. Колебания на высокой частоте определяются резонансными свойствами плазменного канала, мгновенной N-образной ВАХ разряда и положением рабочей точки. Раскачка колебаний с выходом на стационарный уровень хорошо описывается в рамках модели колебательного контура с нелинейными емкостью и сопротивлением плазменно-поверхностного контакта [1] при умеренной мощности разряда (порядка 100 Вт). Генерация высоковольтных импульсов наблюдается при усилении мощности ВЧ-автоколебаний и, соответственно, увеличении плотности плазмы в приэлектродной области. Такие импульсы могут возникнуть только при очень быстром спаде и последующем восстановлении разрядного тока. Частичный разрыв разрядной цепи можно объяснить резким снижением эмиссионного тока с поверхности холодного катода, причем, при общем росте потока частиц из плазмы (о чем свидетельствует тот факт, что высоковольтному импульсу предшествуют мощная вспышка ВЧ-автоколебаний и рост постоянной составляющей разрядного тока).

В работе обсуждаются также возможные области применения эффекта автогенерации колебаний и высоковольтных импульсов. Подобные колебания при определенных условиях могут возникать в плазменных технологических установках, а также в сильнонеравновесной периферийной плазме токамака, например, в форме ELM (edge localized mode).


Литература

Акел М. , Визгалов И.В., Курнаев В.А.. Инженерная физика 2002. 3. ст. 49-54.