Експериментальне дослідження розподілу електромагнітного поля, енергетичних характеристик та структури розряду, що створюються у моделі коаксіального НВЧ плазмотрона. Різновиди структур у НВЧ розряді та характер розподілу електричної складової НВЧ поля.
Аннотация к работе
Глагольєва - Аркадьєва), то зараз, розвиваючись далі, електроніка і радіофізика стали основою нових видів розрядів, що створюються електромагнітними полями від низьких до радіочастот, до надвисоких частот і навіть у оптичному діапазоні електромагнітного спектра. По мірі створення джерел електромагнітних коливань усе більш високих частот і підвищення їхньої вихідної потужності зявилися і нові різновиди високочастотних (ВЧ) і надвисокочастотних (НВЧ) розрядів. На особливу увагу заслуговують джерела плазми газового розряду, які працюють при підвищеному (зокрема атмосферному) тиску, що дозволяє одержати плазму з високою концентрацією заряджених часток, навіть при невисокому ступені іонізації газу. Унікальні властивості плазми такого розряду поставили цілий ряд питань перед дослідниками: в чому полягає причина високої сталості такого розряду, можливість його утримання порівняно низьким рівнем потужності, що підводиться, при напруженості електричного поля значно нижче пробійного значення. Це вимагало подальшого, більш докладного дослідження особливостей цього розряду, зясування характеру розподілу електромагнітного поля в розряді і залежності цього розподілу від режимів живлення плазмотрона, пильного дослідження структури розряду при різних способах підведення робочого газу в розряд, вивчення температурних залежностей важких часток у цьому нерівноважному розряді і т.п.Проаналізовано сучасний стан досліджень факельних НВЧ розрядів та пристроїв для їхнього створення, серед яких визначено місце НВЧ плазмотрону, факельний розряд якого є обєктом вивчення. Розряд має яскраве стабільне світіння блакитного кольору, спектр його не містить матеріалу електродів і розряд може стало існувати необмежений час без будь-яких змін. Також у першому розділі наведено огляд експериментальних методик для визначення розподілу електромагнітного поля у розряді НВЧ плазмотрону, аналіз яких показав, що на теперішній час не існує методик, які дозволяють напряму виміряти розподіл електромагнітного поля у плазмі НВЧ розрядів. Другий розділ “Факельний розряд при подаванні газу по міжелектродному проміжку” присвячено дослідженню феноменології розряду та зясуванню причини його сталості, досліджені енергетичні характеристики розряду та розподілу температури нейтральних часток газу [2,7,9,10,11]. Порівняємо амплітудно-фазовий розподіл поля НВЧ хвилі, що поширюється уздовж осі каналу розряду і хвилі уздовж металевого аналога плазми - мідного дроту з такими ж довжиною та діаметром, що і розряд у плазмотроні.У дисертаційній роботі наведено експериментальні результати, отримані при дослідженні електромагнітних полів і структури НВЧ розряду, що сформований коаксіальним НВЧ плазмотроном, у трьох різних моделях плазмотрона, які розрізняються способом подавання газу. За допомогою методу вібруючої струни експериментально доведено наявність сповільненої поверхневої хвилі, що поширюється уздовж розряду, створюваного НВЧ плазмотроном, і визначені її параметри. Вперше встановлено характер розподілу НВЧ поля в розряді коаксіального НВЧ плазмотрона і досліджено звязок його поведінки з особливостями конструкції і режимами роботи плазмотрона. Виявлено, що в першому випадку розряд має тільки факельну форму, незалежно від режимів роботи плазмотрона, а в другому випадку розряд може приймати шнурову чи факельну форму в залежності від величини витрати аргону.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертаційній роботі наведено експериментальні результати, отримані при дослідженні електромагнітних полів і структури НВЧ розряду, що сформований коаксіальним НВЧ плазмотроном, у трьох різних моделях плазмотрона, які розрізняються способом подавання газу. Основні висновки зводяться до такого: Запропоновано і випробувано на практиці нову методику візуалізації полів міліметрового і сантиметрового діапазону довжин хвиль, яка базується на використанні слабкого збурювального тіла у вигляді вібруючої струни, що дозволяє спостерігати картину поля в реальному масштабі часу.
За допомогою методу вібруючої струни експериментально доведено наявність сповільненої поверхневої хвилі, що поширюється уздовж розряду, створюваного НВЧ плазмотроном, і визначені її параметри. Проведений теоретичний аналіз явища поширення хвилі уздовж осі центрального каналу підтвердив результати експерименту.
Вперше встановлено характер розподілу НВЧ поля в розряді коаксіального НВЧ плазмотрона і досліджено звязок його поведінки з особливостями конструкції і режимами роботи плазмотрона.
Встановлена відмінність у феноменології НВЧ розрядів, створюваних у коаксіальному НВЧ плазмотроні при подаванні газу по міжелектродному проміжку і при подаванні його по каналу у внутрішньому електроді. Виявлено, що в першому випадку розряд має тільки факельну форму, незалежно від режимів роботи плазмотрона, а в другому випадку розряд може приймати шнурову чи факельну форму в залежності від величини витрати аргону. Ці результати спостереження пояснені з залученням понять газової динаміки струменів, що витікають із круглого отвору.
Встановлено, що розряд поглинає більшу частину підведеної до нього потужності практично при всіх режимах живлення, причому виявлені умови максимального поглинання (до 80-90%) НВЧ потужності в розряді при фіксованому рівні витрат плазмостворювального газу.
Вперше прямим способом виміряно температуру газу безпосередньо в плазмі НВЧ розряду й отримано профілі розподілу температури Тг уздовж осі розряду при продуві газу по міжелектродному проміжку.
Виявлено новий тип електродного розряду, що збуджується при атмосферному тиску. Він створюється в моделі НВЧ коаксіального плазмотрона, у якому внутрішній провідник коаксіалу продовжений у вільний простір як штир-антена. Виявлено, що з підвищенням рівня підведеної потужності НВЧ розряд структурується у вигляді сфер по азимутальній координаті, що супроводжується збільшенням коефіцієнта поглинання потужності. Доведено, що причиною структурування розряду є вибір плазмовою структурою енергетично вигідної форми.
Список литературы
1. Кириченко А.Я., Суворова О.А. Визуализация поля в ближней зоне излучателей СВЧ с помощью вибрирующей струны // Радиофизика и электроника. - 2000. - т.5, №1. - С.31-35.
3. Кириченко О.Я., Моторненко О.П., Суворова О.О. Вплив режимів роботи на електромагнітні поля НВЧ плазмотрона // УФЖ. - 2001. - т.46, №7. - С. 689-693.
4. Кириченко А.Я., Мартынюк С.П., Моторненко А.П., Скуратовский И.Г., Суворова О.А. Инициированный сферический СВЧ разряд при атмосферном давлении // Письма в ЖТФ. - 2002. - т. 28, вып. 15. - С.55-60.
5. Кириченко А.Я., Моторненко А.П., Суворова О.А. Структура разряда, формируемого СВЧ коаксиальным плазмотроном при подаче газа по каналу во внутреннем электроде // Физика плазмы. - 2003. - т.29, №6. - С. 566-572.
6. Кириченко А.Я., Моторненко А.П., Суворова О.А. Влияние струи плазмообразующего газа на структуру разряда в СВЧ плазмотроне // Радиофизика и электроника. - 2001. - т.6, №2-3. - С. 252-255.
7. О.А. Суворова. Енергетичні характеристики розряду НВЧ // Вісник Львів. Ун-ту, сер. фізична. - 2001. - вип. 34. - С. 296-301.
8. A.Ya. Kirichenko, O.A. Suvorova. Vibratory string as a perturbation body to a measurement electromagnetic field of microwave radiators. // Proc. Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves" (MSMW 98). - Kharkov (Ukraine). - 1998. - Vol.2. - P. 742-743.
9. Кириченко А.Я., Моторненко А.П., Суворова О.А. Измерение СВЧ полей в струе плазмотрона. // Материалы 10ой Крымской Междунар. конф. "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии" (КРЫМИКО 2000). - Севастополь (Украина). - 2000. - С.501-502.
10. Кириченко А.Я., Суворова О.А. “Интегральные электродинамические характеристики коаксиального СВЧ плазмотрона” // Материалы 11ой Крымской Междунар. конф. "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", (КРЫМИКО 2001). - Севастополь (Украина). - 2001. - С. 228-229.
11. О.А. Суворова. Енергетичні характеристики розряду НВЧ. // Тези доповідей Міжнар. конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Евріка - 2001”. - Львів (Україна) - 2001. - С. 69.
12. О.Суворова. Явище структурування факельного надвисокочастотного розряду. // Збірник тез Всеукраїнської конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Евріка - 2002”. Львів (Україна). - 2002. - С. 167-168.
13. Кириченко А.Я., Моторненко А.П., Суворова О.А. Поля и структура неравновесного разряда СВЧ плазмотрона. // Материалы 12ой Крымской Междунар. конф. "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии" (КРЫМИКО 2000). - Севастополь (Украина). - 2002 - С.217-218.