Публикации автора

Работа посвящена численному моделированию положительного столба разряда постоянного тока в поперечном потоке воздуха и является продолжением работы [1]. При расчете использовалась кинетическая модель, включающая 23 компоненты плазмы. Показано, что на начальной стадии развития разряда, когда поле в плазме выше порогового, поперечный размер разряда определяется скоростью волны ионизации, а на следующей стадии — диффузией активных частиц. На заключительном этапе на процессы в разряде начинает оказывать нагрев газа в центральной области, где начинают преобладать положительные ионы окиси азота.

Рассмотрены характеристики разряда постоянного тока в поперечном потоке газа. Численно и аналитически исследованы процессы в области положительного столба разряда. Показано, что поперечный размер положительного столба при учете прилипания оказывается существенно меньше, чем в его отсутствие. В зависимости от начальных условий возможны два режима развития разряда — равномерный медленный прогрев по всему сечению разряда и режим развития ионизационно-перегревной неустойчивости, сопровождающийся уменьшением поперечного сечения разряда, электрического поля в положительном столбе и резким ростом температуры.

RU“>Изучены характеристики модели ВЧ индуктивного ионного двигателя, работающего на азоте и кислороде, при наложении на разряд внешнего продольного магнитного поля с индукцией не более 75 Гс. Экспериментально показано, что наибольший ток ионов удается получить, используя магнитные поля с индукцией 18 и 70 Гс. В рабочем диапазоне f = 10–25 см3/мин для тока 200 мА цена иона, рассчитанная на основании значений мощности ВЧ-генератора, составляет величину 1400–1500 Вт/А. Оценка цены иона по величине вложенной в плазму мощности позволяет определить минимально возможную для рассматриваемого прототипа ВЧ ионного двигателя величину цены иона в 850 Вт/А.

Аналитически и численно исследованы дисперсионные характеристики поверхностных и затухающих волн в структуре «металл–диэлектрик–плазма–диэлектрик–металл» при наличии столкновений. В этой системе при отсутствии поглощения и переходе плотности электронов через удвоенную критическую величину происходит перестройка структуры собственных волн, связанная с появлением поверхностных волн. В поглощающей плазме также происходит перестройка, однако номера перезамыкающихся мод зависят от размеров структуры и соотношения частоты столкновений электронов и частоты поля. Корректный учет данного процесса существенен при аналитическом анализе структуры поля в плазменных реакторах, при конструировании плазменных антенн и решения других задач электродинамики плазмы.

Рассмотрена задача о емкостном ВЧ-разряде низкого давления ( << ) с электродами большой площади при возбуждении его электромагнитным полем частотой от 13 до 900 МГц. Получены общие аналитические формулы для амплитуд собственных волн и импеданса разряда. Учтено, что возбуждение поверхностных волн и высших нераспространяющихся мод происходит как благодаря осевой неоднородности структуры «плазма-слой-металл», так и за счет краевых эффектов у среза электрода. Более высокая амплитуда резонансных мод в сравнении с возбуждением разряда ТЕМ-волной в данном случае приводит к бо́льшей изрезанности зависимости импеданса разряда от плотности электронов. Данный вывод подтвержден прямым расчетом импеданса с помощью программы Comsol Multiphysics®.

Представлены первые результаты экспериментального исследования характеристик катода-нейтрализатора, рабочий процесс которого основан на индуктивном ВЧ-разряде в аргоне. Рассмотрен диапазон расходов аргона 4–10 см3/мин, диапазон мощностей ВЧ-генератора 35–150 Вт. Показано, что при достижении порогового значения напряжения между коллектором ионов и положительно заряженным относительно коллектора электродом (анодом) наблюдается скачкообразный рост электронного тока.

Представлены результаты компьютерного моделирования структуры электромагнитного поля СВЧ разряда в кварцевой колбе, помещенной в цилиндрический резонатор, плазма которого удерживается магнитной ловушкой. Использовано приближении холодной плазмы. Цилиндрический резонатор возбуждается через узкую щель в боковой стенке. Показано, что в исследуемом разряде традиционная модель электронно-циклотронного резонанса в скрещенных полях применима на низких плотностях электронов. При увеличении плотности формируется волна, распространяющаяся от области возбуждения в азимутальном направлении. При дальнейшем увеличении плотности электронов коэффициент поглощения волны падает и угловое распределение поля представляет стоячую волну.