Исследовано поддержание СВЧ газового разряда стоячей поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) дипольной моды. Стоячая волна формировалась между двумя плоскими зеркалами, образующими структуру типа открытого резонатора на поверхностной волне. Измеренная добротность открытого резонатора составляет несколько десятков. Определена структура электрического поля свободного разряда и разряда, поддерживаемого полем стоячей поверхностной волны. Показано, что в этой системе возбуждение резонанса происходит на чисто поверхностной волне. При возрастании энергии поля между зеркалами на 8–10 дБ, концентрация электронов возрастает на ~50%. Оценено отношение энергии поля поверхностной волны в плазме и в окружающем разряд пространстве, как в случае свободного разряда, так и при резонансе. Эксперимент и численное моделирование показали, что структура разряда зависит от возбуждаемой моды стоячей ПЭВ.
Идентификаторы и классификаторы
В работе исследуются “медленные” поверхностные электромагнитные волны (ПЭВ) сантиметрового диапазона, фазовая скорость которых меньше скорости света. ПЭВ представляет особый класс электромагнитных волн, распространяющихся по поверхности раздела двух сред, одна из которых является неидеальным проводником, а другая диэлектриком [1–3]. Благодаря конечной проводимости энергия ПЭВ концентрируется вблизи поверхности проводника. Поле ПЭВ экспоненциально затухает при удалении по обе стороны от волноведущей поверхности. Это свойство волны и является отличительным признаком для ее идентификации в качестве поверхностной. Такие волны находят свое применение в замедляющих системах, использующихся в различных радиотехнических устройствах. Фундаментальные свойства поверхностной волны, распространяющейся на металлических структурах, были подробно изучены в ряде экспериментальных работ [4–6]. В [7] показана возможность получить резонанс ПЭВ Зоммерфельда в резонаторе открытого типа.
Список литературы
1. Sommerfeld A. // Ann. der Physik und Chem. 1899. V. 67. № 2. P. 233.
2. Trivelpiece A.W. // The DP degree Thesis, California Institute of Technology, Pasadena, 1958.
3. Trivelpiece A.W., Gould R.W. // J. Appl. Phys. 1959. V. 30. № 11. P. 1784. DOI: 10.1063/1.1735056
4. Сергейчев К.Ф., Карфидов Д.М., Андреев С.Е., Сизов Ю.Е., Жуков В.И. // Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63. № 4. С. 314–322. EDN: YWZTDK
5. Oruganti S.K., Liu F.F., Paul D., Liu J., Malik J., Feng K., Kim H., Liang Y.M., Thundat T., Bien F. // Scientific Reports. 2020. V. 10. № 1. P. 925. DOI: 10.1038/s41598-020-57554-1 EDN: FAHLPP
6. Sergeichev K.F., Karfidov D.M., Zhukov V.I. // Phys. of Wave Phenom. 2019. V. 27. № 1. P. 37–41. DOI: 10.3103/S1541308X19010072 EDN: VWOKFC
7. Гусейн-заде Н.Г., Жуков В.И., Карфидов Д.М., Сергейчев К.Ф. // Инженерная физика. 2017. № 12. С. 56. EDN: ZXOOZD
8. Moisan M., Nowakowska H. // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. № 7. 073001. DOI: 10.1088/1361-6595/aac528 EDN: VJACOI
9. Moisan M., Shivarova A., Trivelpiece A.W. // Plasma Phys. 1982. V. 24. № 11. P. 1331. EDN: XTQWIF
10. Moisan M., Zakrzewski Z. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1991. V. 24. P. 1025. EDN: AYQQPX
11. Borges C.F.M., Airoldi V.T., Corat E.J., Moisan M., Schelz S., Guay D. // Journal of Applied Physics. 1996. V. 80. № 10. P. 6013. DOI: 10.1063/1.363600
12. Girka V., Girka I., Thumm M. // Surface Flute Waves in Plasmas, Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics 79. 2014. P. 129. DOI: 10.1007/978-3-319-02027-36
13. Abbasi M.M., Shahrooz A. // Microwave and Optical Technology Letters. 2016. V. 59. № 4. P. 806. DOI: 10.1002/mop.30395
14. Zhao J., Sun Z., Ren Yu., Song Lu, Wang S., Liu W., Yu Z., Wei Yu. // Journal of Physics D: Applied Physics. 2019. V. 52. № 29. P. 295202. a. DOI: 10.1088/1361-6463/ab1b0
15. Истомин Е.Н., Карфидов Д.М., Минаев И.М., Рухадзе А.А., Тараканов В.П., Сергейчев К.Ф., Трефи-лов А.Ю. // Физика плазмы. 2006. Т. 32. С. 423. DOI: 10.1134/S1063780X06050047 EDN: HTUSEB
16. Богачев Н.Н., Гусейн-заде Н.Г., Нефедов В.И. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. № 4. С. 365. EDN: ZBGSEX
17. Rogers J., Asmussen J. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1982. V. PS–10. № 1. P. 11. https://doi.org/0093-3813/82/0300-0011$00.75.
18. Wolinska-Szatkowska J. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. V. 21. № 6. P. 937. DOI: 10.1088/0022-3727/21/6/012
19. Rakem Z., Leprince P., Marec J. // Rev. Phys. Appl. (Paris). 1990. V. 25. № 1. P. 125. DOI: 10.1051/rphysap:01990002501012500
20. Margot-Chaker J., Moisan M., Chaker M., Glaude V.M.M., Lauque P., Paraszczak J., and Sauve G. // J. Appl. Phys. 1982. V. 66. № 9. P. 4134. DOI: 10.1063/1.343998
21. Солнцев Г.С., Булкин П.С., Мокеев М.В., Цветко-ва Л.И. // Вестник Московского университета. 1997. Серия 3. № 6. С. 36.
22. Moisan M., Beaudry C., Lepprince P. // Physics Letters A. 1974. V. 50. № 2. P. 125. DOI: 10.1016/0375-9601(74)90903-7
23. Жуков В.И., Карфидов Д.М., Сергейчев К.Ф. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 8. С. 1. DOI: 10.31857/S0367292120080120 EDN: FIHAMZ
24. Голант В.Е. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы. М.: Наука, 1968.
25. Chen Z.S., Ma L.F., Wang J.C. // Int. J. Antennas Propag. 2015. 736090 (2015). DOI: 10.1155/2015/736090
26. Zhelyazkov I., Atanassov V. // Physics Reports. 1995. V. 255. № 2–3. P. 79. -H. DOI: 10.1016/0370-1573(94)00092
27. Nowakowska H., Lackowski M., Moisan M. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2020. V. 48. № 6. P. 2106. DOI: 10.1109/TPS.2020.2995475 EDN: SAKTNR
28. Vikharev A., Böhle A., Ivanov O., Kolisko A., Kortsha-gen U., and Schlüter H. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. V. 29. P. 369. EDN: LDLCPR
29. Ida Y., Hayashi K. // Journal of Applied Physics. 1971. V. 42. № 6. P. 2423.
30. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные волны и поля. М.: Советское радио, 1971. С. 554.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Выполнены численные расчеты нестационарной неравновесной функции распределения электронов в газе метане CH4, возбуждаемом источником высокоэнергичных электронов с начальной энергией 1 кэВ. Были учтены основные элементарные процессы взаимодействия электронов с молекулами метана. Вычислены доли потерь энергии электронов на ионизацию, диссоциацию и возбуждение различных уровней молекул, позволяющие определять скорости неупругих процессов взаимодействия электронов с молекулами метана CH4.
Получены трехмерные распределения скорости, температуры и давления в сверхзвуковом воздушном потоке при M = 2, а также плотности тока в инициируемом в нем разряде. Газовый разряд постоянного тока величиной 10 А рассматривался в гидродинамическом приближении в рамках канальной модели. Рассмотрена эволюция продольно-поперечного разряда в диапазоне времени t до 20 мкс. Показано, что разряд движется практически со скоростью основного сверхзвукового воздушного потока, достаточно слабо его возмущая. По полученным в расчетах характерным значениям плотности тока и температуры газа 8000–10000 К в разрядном канале сделаны оценки концентрации электронов ne ~ 1016 см–3. Оценена напряженность поля E ~ 125 В/см и приведенная напряженность поля в канале разряда E/N около 30 Тд. В конфигурации аэродинамической модели с укороченными электродами показан переход к закрепленной на их концах фазе разряда.
Одной из актуальных задач атомной энергетики является переработка отработавшего ядерного топлива. Такая переработка подразумевает отделение актиноидов от продуктов деления урана. Одним из методов переработки может стать плазменная масс сепарация. В ОИВТ РАН в последние 10 лет активно велись исследования, направленные на развитие различных аспектов, связанных с плазменной масс-сепарацией. В статье приведен обзор основных результатов этих исследований по четырем направлениям: численные расчеты и анализ схем сепарации; генерация плазмы буферного газа и создание потенциала в ней; источник плазмы для инжекции смеси разделяемых веществ; сепарация модельных веществ.
Сообщается об обнаружении противоречия, возникающего в решениях задач о профилях нелинейных продольных электростатических волн в плазме методом псевдопотенциала Сагдеева. Противоречие проявляется в неравенстве среднего за период значения концентрации частиц и заданной концентрации невозмущенной плазмы. Показано, что причина возникновения противоречия связана с весьма распространенной неточностью в постановке таких задач. Предложено корректировать постановку подобных задач и изменить интерпретацию получаемых этим методом решений, применив иные начальные условия: необходимо задавать вместо концентрации невозмущенной плазмы концентрацию частиц в точках, в которых потенциал φ принят равным нулю. С такими начальными условиями противоречие полностью снимается.
Обсуждаются теоретические исследования волновых процессов во вращающейся астрофизической плазме. Особое внимание уделено новым теоретическим моделям астрофизической плазмы, таким как магнитогидродинамическое приближение мелкой воды и неупругое приближение наряду с часто применяемым приближением Буссинесска. Помимо традиционного приближения для силы Кориолиса обсуждаются эффекты, вызванные ее нетрадиционным представлением, учитывающим горизонтальную составляющую вращения. Подробно описаны линейные волны в такой плазме и обсуждаются их дисперсионные характеристики. Приведен обзор неустойчивостей в астрофизической плазме вследствие нелинейных эффектов.
Издательство
- Издательство
- ИОФ РАН
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, д. 38
- Юр. адрес
- 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, д. 38
- ФИО
- Гарнов Сергей Владимирович (Директор)
- E-mail адрес
- office@gpi.ru
- Контактный телефон
- +7 (749) 9503873
- Сайт
- https://www.gpi.ru/