Urladdning på en ytvåg

Urladdning på en ytvåg , eng.  Surface-wave-sustained plasmas (SWP) är en form av gasurladdning som exciteras av elektromagnetiska ytvågor . Ytelektromagnetiska vågor som utbreder sig längs plasmats gräns kan effektivt absorberas av den, vilket bibehåller urladdningen. En urladdning på en ytvåg gör det möjligt att erhålla en homogen plasma i en volym vars tvärdimensioner överstiger flera våglängder av den exciterande strålningen. En ytvågsurladdning ska inte förväxlas med en mikrovågsurladdning på ytan av ett dielektrikum .

Studiens historia

Ytelektromagnetiska vågor, som har starka fält endast nära plasmagränsen, beskrevs teoretiskt i 1958 [1] och 1959 [2] tidningar . Moisen och hans grupp vid University of Montreal har studerat [3] olika urladdningssystemkonfigurationer vid hög effekt över ett brett frekvensområde (från 1 MHz till 10 GHz), urladdningsvolymdiametrar upp till 150 mm, även om storleken sträcker sig från 30 till 10 GHz. 100 mm har använts mest. . Den enklaste av källorna fungerade utan ett externt magnetfält.

Fysiska principer

Under lång tid ansågs plasmakällor baserade på en mikrovågsurladdning utan magnetfält vara olämpliga för att skapa plasma med hög densitet. Bulk elektromagnetiska vågor kan inte fortplanta sig i ett plasma med en densitet som är större än den kritiska. Vågen reflekteras på plasmaytan på grund av hudeffekten och blir dämpad. Inträngningsdjupet motsvarar huddjupet som ungefär kan skrivas som

Men trots det faktum att hudeffekten hindrar försök att överföra energi till plasmat "över" gör hudskiktets djup som inte är noll det möjligt att använda plasmans konduktivitet för att fortplanta vågen "längs" dess gräns. Vågens energi överförs i detta fall till plasman på grund av den dämpade ytvågen, som avtar exponentiellt i riktningen vinkelrät mot dess yta. En sådan mekanism gör det möjligt att skapa plasma med superkritisk densitet. Dessutom, för utbredningen av en ytvåg, är det i grunden nödvändigt att plasmadensiteten är högre än den kritiska, vilket bestäms av uttrycket:

.

Praktisk implementering

För den praktiska implementeringen av denna typ av urladdning placeras ett dielektrikum i urladdningsvolymen , motståndskraftig mot plasma (även kallad en dielektrisk antenn), från vars ena ände det finns en vågledare , genom vilken mikrovågseffekt tillförs. Mikrovågsvågen, som lämnar vågledaren i urladdningsvolymen, orsakar en mikrovågsnedbrytning i den, vilket leder till bildandet av plasma. När plasmadensiteten når ett kritiskt värde för en given frekvens skapas förutsättningar för utbredning av en ytvåg, som överför energi längs dielektrikumet, vilket ger jonisering. En självuppehållande plasmavågledare visas , rollen som ledande väggar, som utförs av plasman. På grund av det faktum att plasmans ledningsförmåga är mycket mindre än metallens ledningsförmåga, har dessa "väggar" ett relativt högt motstånd, och strömmen som induceras i dem överför kraften från den elektromagnetiska vågen till plasman.

Industriella applikationer

För närvarande finns det inga tekniska installationer på marknaden som använder plasmakällor på en urladdning på ytvågor. Källor av denna typ är sämre än de med induktivt kopplad plasma i sådana grundläggande parametrar som den praktiskt uppnåbara plasmadensiteten och likformigheten i dess fördelning över behandlingszonen. För att erhålla högdensitetskällor är det nödvändigt att använda frekvenser i mikrovågsområdet 1..10 GHz. För praktiska tillämpningar är den mest teoretiskt och experimentellt studerade cylindriska urladdningskonfigurationen i de flesta fall olämplig på grund av det grundläggande behovet att uppfylla villkoret , vilket gör det omöjligt att uppnå den erforderliga plasmadensitetens enhetlighet [4] . I detta avseende finns ett särskilt intresse även för system med platt geometri [5] .

Anteckningar

  1. ↑ Smullin, Chorney, 1958 .
  2. ↑ Trivelpiece, Gould, 1959 .
  3. ↑ Moisan et al., 1986 .
  4. ↑ Lieberman, Lichtenberg, 2005 .
  5. ↑ Komachi, 1993 .

Litteratur