Теорія поглинання високочастотної потужності в геліконній плазмі - Автореферат

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукОфіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Степанов Костянтин Миколайович, Інститут фізики плазми ННЦ ХФТІ НАН України, начальник відділу доктор фізико-математичних наук, професор Анісімов Ігор Олексійович, Київський національний університет ім. У дисертації теоретично досліджено лінійні процеси збудження електромагнітних хвиль та поглинання ВЧ потужності, а також деякі нелінійні процеси в плазмі геліконних джерел трьох різних типів. Для джерела із зовнішньою антеною знайдено, що ефективне поглинання ВЧ потужності забезпечується колективним механізмом лінійної конверсії геліконних хвиль у квазіелектростатичні хвилі; установлено резонансні та антирезонансні властивості збудження джерела; одержано просторові характеристики поглинання та залежності імпедансу плазми від конструкції антени та різних фізичних параметрів. Для джерела з плоскою антеною знайдено характеристики збуджуваних електромагнітних хвиль та залежності поглинання потужності від фізичних і геометричних параметрів. For the source with an external antennas, the efficient rf power absorption is found to arise from a cooperative mechanism of linear mode conversion of helicon waves into quasi-electrostatic waves; resonance and anti-resonance properties of the source excitation are ascertained; and spatial characteristics of the absorption and dependences of plasma impedance on antenna design and various physical parameters are determined.Густа плазма, створювана геліконними джерелами, використовується для моделювання фізичних процесів, які відіграють значну роль в інших плазмових системах, зокрема, ефектів анізотропії іонної температури в космічній плазмі та дрейфової турбулентності в термоядерній плазмі. Метою досліджень був теоретичний опис процесів збудження, взаємодії та поглинання електромагнітних хвиль у плазмі геліконних джерел різних типів, зґясування механізмів ефективного поглинання ВЧ потужності за різних фізичних умов, виявлення причин різких стрибків густини плазми в розряді та механізмів деяких нелінійних явищ, а також пряме порівняння теоретичних результатів з експериментальними даними. Розробити теоретичні моделі та відповідні компґютерні коди, які б дозволяли відносно просто, але досить адекватно описувати електродинамічні процеси в геліконних джерелах різних типів з належним урахуванням особливостей їх геометрії, способу збудження та основних фізичних процесів за участю хвиль, а також дозволяли б наочну фізичну інтерпретацію результатів. У результаті виконання дисертаційної роботи вперше: Розроблено теоретичні моделі для геліконних джерел трьох різних типів, які основані на формалізмі нормальних мод і дозволяють описувати лінійні процеси збудження електромагнітних хвиль та поглинання ВЧ потужності в однорідній і неоднорідній плазмі, з достатньо адекватним урахуванням геометрії джерел, конструкції антен та фізичних умов роботи; Показано, що для кутів нахилу більших за кут групової швидкості ТГ хвиль конверсія геліконів в ТГ хвилі стає неефективною, в результаті чого геліконні хвилі розповсюджуються від антени глибоко в плазму і забезпечують підвищення обґємного поглинання потужності.У другому розділі для діапазону параметрів, характерного для геліконної плазми, проаналізовано властивості швидких магнітозвукових хвиль, у тому числі: області прозорості для хвиль за магнітним полем і густиною плазми, дисперсію і довжини зіткневого загасання хвиль у разі збудження вздовж та поперек магнітного поля, властивості групової швидкості хвиль. У цьому розділі також описано теоретичні моделі для опису трьох різних геліконних джерел - джерела з внутрішньою антеною, джерела із зовнішньою антеною (стандартного джерела) та джерела з торцевою плоскою антеною. У третьому розділі розглянуто процеси збудження електромігнітних полів і поглинання ВЧ потужності в геліконному джерелі з внутрішньою антеною, де плазма знаходиться у контакті з провідною поверхнею камери. В такій системі поля в плазмі є суперпозицією геліконних і квазіелектро-статичних (Трайвелпіс-Гулдовських (ТГ)) хвиль, і існує дві родини власних мод - майже чисті ТГ моди та квазігеліконні моди, причому останні мають істотний домішок ТГ хвиль. Одержані залежності опору плазми від її густини дозволили якісно проінтерпретувати експериментально установлений ефект існування в розряді в джерелі з внутрішньою антеною піка густини при слабких магнітних полях.У дисертації розроблено лінійну теорію збудження, розповсюдження та поглинання хвиль в геліконних джерелах трьох різних типів, що дозволило задовільно пояснити результати експериментів з вимірювань структур електромагнітних полів і поглинання ВЧ потужності в плазмі, виконаних на різних установках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ