Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме

Приведены результаты экспериментальных исследований прохождения в плазме различной плотности регулярных и стохастических электромагнитных волн. Мы рассмотрели распространение в ограниченной замагниченной плазме сверхкритической плотности как МВИСПФ, так и регулярных электромагнитных волн. Исследован...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2003
Hauptverfasser:	Алисов, А.Ф., Артамошкин, А.М., Загребельный, И.А., Землянский, Н.М., Карась, В.И., Файнберг, Я.Б., Солодовченко, С.И., Штань, А.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2003
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Нелинейные процессы
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110992
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме / А.Ф. Алисов, А.М. Артамошкин, И.А. Загребельный, Н.М. Землянский, В.И. Карась, Я.Б. Файнберг, С.И. Солодовченко, А.Ф. Штань // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 69-73. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-110992
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1109922017-01-08T03:03:07Z Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме Алисов, А.Ф. Артамошкин, А.М. Загребельный, И.А. Землянский, Н.М. Карась, В.И. Файнберг, Я.Б. Солодовченко, С.И. Штань, А.Ф. Нелинейные процессы Приведены результаты экспериментальных исследований прохождения в плазме различной плотности регулярных и стохастических электромагнитных волн. Мы рассмотрели распространение в ограниченной замагниченной плазме сверхкритической плотности как МВИСПФ, так и регулярных электромагнитных волн. Исследование зависимостей коэффициента прохождения отрезка плазменного волновода от типа излучения показало, что возбуждение и прохождение монохроматического поля существенно ослаблено, прохождение же излучения со стохастически прыгающей фазой сильно зависит от плотности плазмы. Результаты экспериментальных исследований находятся в удовлетворительном согласии с выводами теоретических исследований. 2003 Article Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме / А.Ф. Алисов, А.М. Артамошкин, И.А. Загребельный, Н.М. Землянский, В.И. Карась, Я.Б. Файнберг, С.И. Солодовченко, А.Ф. Штань // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 69-73. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110992 533.9 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Нелинейные процессы Нелинейные процессы
spellingShingle	Нелинейные процессы Нелинейные процессы Алисов, А.Ф. Артамошкин, А.М. Загребельный, И.А. Землянский, Н.М. Карась, В.И. Файнберг, Я.Б. Солодовченко, С.И. Штань, А.Ф. Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме Вопросы атомной науки и техники
description	Приведены результаты экспериментальных исследований прохождения в плазме различной плотности регулярных и стохастических электромагнитных волн. Мы рассмотрели распространение в ограниченной замагниченной плазме сверхкритической плотности как МВИСПФ, так и регулярных электромагнитных волн. Исследование зависимостей коэффициента прохождения отрезка плазменного волновода от типа излучения показало, что возбуждение и прохождение монохроматического поля существенно ослаблено, прохождение же излучения со стохастически прыгающей фазой сильно зависит от плотности плазмы. Результаты экспериментальных исследований находятся в удовлетворительном согласии с выводами теоретических исследований.
format	Article
author	Алисов, А.Ф. Артамошкин, А.М. Загребельный, И.А. Землянский, Н.М. Карась, В.И. Файнберг, Я.Б. Солодовченко, С.И. Штань, А.Ф.
author_facet	Алисов, А.Ф. Артамошкин, А.М. Загребельный, И.А. Землянский, Н.М. Карась, В.И. Файнберг, Я.Б. Солодовченко, С.И. Штань, А.Ф.
author_sort	Алисов, А.Ф.
title	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме
title_short	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме
title_full	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме
title_fullStr	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме
title_full_unstemmed	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме
title_sort	экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (мвиспф) в сверхплотной плазме
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2003
topic_facet	Нелинейные процессы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/110992
citation_txt	Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме / А.Ф. Алисов, А.М. Артамошкин, И.А. Загребельный, Н.М. Землянский, В.И. Карась, Я.Б. Файнберг, С.И. Солодовченко, А.Ф. Штань // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 69-73. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT alisovaf éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT artamoškinam éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT zagrebelʹnyjia éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT zemlânskijnm éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT karasʹvi éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT fajnbergâb éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT solodovčenkosi éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme AT štanʹaf éksperimentalʹnoeissledovanieprohoždeniâmikrovolnovogoizlučeniâsostohastičeskiprygaûŝejfazojmvispfvsverhplotnojplazme
first_indexed	2025-07-08T01:28:49Z
last_indexed	2025-07-08T01:28:49Z
_version_	1837040276937375744
fulltext	НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ УДК 533.9 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ МИ- КРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СО СТОХАСТИЧЕСКИ ПРЫГАЮ- ЩЕЙ ФАЗОЙ (МВИСПФ) В СВЕРХПЛОТНОЙ ПЛАЗМЕ А.Ф. Алисов, А.М. Артамошкин, И.А. Загребельный, Н.М. Землянский, В.И. Карась, Я.Б. Файнберг, С.И. Солодовченко, А.Ф. Штань ННЦ "Харьковский физико-технический институт", г.Харьков, Украина, karas@kipt.kharkov.ua Приведены результаты экспериментальных исследований прохождения в плазме различной плотности регулярных и стохастических электромагнитных волн. Мы рассмотрели распространение в ограниченной за- магниченной плазме сверхкритической плотности как МВИСПФ, так и регулярных электромагнитных волн. Исследование зависимостей коэффициента прохождения отрезка плазменного волновода от типа излучения показало, что возбуждение и прохождение монохроматического поля существенно ослаблено, прохождение же излучения со стохастически прыгающей фазой сильно зависит от плотности плазмы. Результаты экспе- риментальных исследований находятся в удовлетворительном согласии с выводами теоретических исследо- ваний. 1. ВВЕДЕНИЕ В [1] впервые было обращено внимание на осо- бенности распространения в плазме электромагнит- ного излучения с конечным временем корреляции, в частности на возможность эффективного бесстолк- новительного нагрева электронов в таких условиях, в [2] теоретически исследовано проникновение в плазму сверхкритической плотности регулярного и стохастического микроволнового излучения. Пока- зано, что при нормальном падении волны на плаз- менный слой продольные поля в плазме малы (на 2 – 4 порядка меньше поперечных полей); продольная энергия электронов (и их температура) за время рас- чета (5000 pω ) изменяется менее чем на 1%. Функция распределения электронов близка к макс- велловской, однако малая доля (~10-4) частиц уско- ряется от границы плазмы в обе стороны. Монохро- матическое поле полностью отражается (за исклю- чением фронта), стохастическое поле слабо отража- ется, что связано в основном с прохождением в плазму импульсов при срыве фазы волны. Коэффи- циент прохождения для случая, когда поле имеет тот же набор час-тот и плотность энергии, что и стохасти- ческое, меньше на порядок и обусловлен тем, что в этом случае плазменный слой просто работает как фильтр, пропуская волны с частотой выше электрон- ной лэнгмюровской, т. е. pω ω> и отражая осталь- ные. Для наклонного падения электромагнитного поля показано, что продольные поля близки по величине к поперечным полям. Продольная энергия электронов (и их температура) вырастает в несколько раз. Функция распределения электронов имеет немаксвелловский характер, есть ускоренные электронные хвосты. Пада- ющее поперечное поле частично преобразуется в про- дольное, частично – в энергию электронов. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДО- ВАНИЯ Экспериментальные исследования прохождения стохастического электромагнитного излучения, ге- нерируемого широкополосным генератором [3], че- рез плазму проводились на установке [4], блок схе- ма которой представлена на рис. 1. Плазма в резона- торе (2) создавалась с помощью магнетронного ге- нератора (1) типа М 571 с регулируемой выходной мощностью 5.2≤W кВт, работающего на частоте 475,2=f ГГц. Резонатор (2) имеет длину 50 см и диаметр 50 см. Откачка и напуск рабочего газа (дей- терий) осуществлялась через патрубки (3) и (4). Магнитное поле пробочной конфигурации (распре- деление магнитного поля показано на рис. 1) созда- валось катушками (5), расположенными в торцах ре- зонатора (2). Сигнал от генератора регулярных ко- лебаний типа Г4-76 (6) или широкополосного гене- ратора микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (7) через коаксиальный тройник (8) и ферритовый вентиль (9) типа Э6-32, включен- ный в прямом направлении, подавался через коакси- альную линию (10) на излучающий зонд (11), распо- ложенный на оси установки. Сигнал, прошедший через резонатор (2), заполненный плазмой, прини- мался зондом (12) и через ферритовый вентиль (13) типа Э6-32, включенный в обратном направлении, подавался через коаксиальный тройник (14) на ана- лизатор спектра (15) типа С4-60 или осциллограф (16) типа С7-19. Ферритовые вентили (9) и (13) включены в прямом и обратном направлениях и предназначены для экранирования от излучения, со- здаваемого магнетроном (1). Излучающий и прини- мающий зонды, представляющие собой концы цен- тральных жил кабеля РК-2 длиной 100=l мм и диаметром 1=d мм, экранированы от непосред- ственного контакта с плазмой с помощью керамиче- ских трубок, имеющих наружный диаметр 4мм. В mailto:karas@kipt.kharkov.ua экспериментах положение излучающего зонда не изменялось, его край на 45 мм был удален от торца резонатора. Резонатор представлял собой цилиндри- ческую камеру, изготовленную из нержавеющей стали диаметром D =50 см и длиной L =50 см, с обоих концов имеющую запредельные для исследу- емого диапазона электромагнитных волн резонато- ры. Рис. 1. Распределение напряженности магнитного поля вдоль установки (а) и блок схема измерений основных параметров (б) Плазма в резонаторе создавалась с помощью магнетрона и в зависимости от его мощности могла изменяться в пределах 109 – 1010см-3 (зависимость плотности плазмы от тока в магнетроне при давле- нии рабочего газа Р = 5·10-5мм.рт.ст. показана на рис. 2). Исследовалась также зависимость плотности плазмы от давления рабочего газа, но она оказалась существенно менее слабой, поэтому мы изменяли плотность плазмы в резонаторе при постоянном дав- лении рабочего газа только за счет изменения тока в магнетроне. Сигналы с генератора Г4-76А или гене- ратора стохастического излучения (представлены на рис. 4 – 8) подавались через жестко установленный излучающий зонд (11) в резонатор, прошедший же через резонатор сигнал снимался зондом (12), кото- рый устанавливался поочередно в 4 фиксированные положения в резонаторе, и передавался на анализа- тор спектра. Так как в отрезке плазменного волново- да имеется небольшое число собственных волн, ча- стоты которых не превышают 1 ГГц, то для их иден- тификации целесообразно было использовать имен- но эти положения, так как они соответствуют экс- тремальным значениям или нулям амплитуды соот- ветствующих волн. Рис.2. Зависимость плотности плазмы от тока в магнетроне Для иллюстрации мы приводим характерную экспериментальную осциллограмму реализации сто- хас тического сигнала. Рис. 3. Некоторая экспериментальная реализа- ция микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой Из рис. 3 видно, что стохастические прыжки фазы сигнала происходят очень часто (через 3 – 5 периодов). Рис.4. Амплитудно-частотные характеристики сигналов с генератора Г4-76А (а) и генератора стоха- стического излучения (b) Рис. 5. Зависимость амплитуды стохастического сигнала, прошедшего через плазму плотности np ≈ 109 см-3 при расстоянии между зондами 140 мм (а) и при расстоянии между зондами 335 мм (с), а также np ≈5·109 см-3 при расстоянии между зондами 140 мм (b) и при расстоянии между зондами 335 мм (d) от ча- стоты сигнала Рис. 6. Зависимость амплитуды стохастическо- го сигнала, прошедшего через плазму плотности np ≈ 109 см-3 (а) и np ≈ 5·109 см-3 (b) от частоты сигнала при расстоянии между возбуждающим и принимающим зондами 270 мм Рис. 7. Зависимость амплитуды стохастическо- го сигнала, прошедшего через плазму плотности np ≈ 109 см-3 (а) и np ≈ 5·109 см-3 (b) от частоты сигнала при расстоянии между возбуждающим и принимающим зондами 206 мм 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ Проанализируем структуру прошедшего через плазму стохастического сигнала от широкополос- ного генератора (см. рис. 5, 6, 7). На указанных ри- сунках вариант (а) соответствует низкой плотности плазмы np ≈ 109 см-3, а вариант (b) – высокой, np ≈ 5 109 см-3. Отличие частотной зависимости сигналов обусловлено различным расположением принимаю- щего зонда. Рассматриваемые экспериментальные условия соответствуют замагниченной плазме, так как электронная ларморовская частота Heω превы- шает лэнгмюровскую ( 22 pHe ωω > > ). Как известно, при этом есть два диапазона частот, в которых рас- положены собственные волны системы: высокоча- стотный – рабочие частоты ω выше частоты отсеч- ки 222 ⊥+= kcpcut ωω (где Rk 4.2=⊥ , R - ра- диус резонатора); низкочастотный – рабочие часто- ты ниже электронной лэнгмюровской частоты pω . Для исследуемого диапазона частот до 1 ГГц плаз- менный резонатор имеет небольшое количество соб- ственных мод. Однако, наблюдаемые на осцилло- граммах сигналы содержат большое число несоб- ственных мод, появление которых обусловлено ма- лой длиной резонатора и тем более расстоянием между зондами (11) и (12). Первые максимумы про- шедшего стохастического сигнала в высокочастот- ном диапазоне, наблюдаемые на частоте =a1ω 653 МГц (см. рис. 6а) и частоте =b1ω 764 МГц (рис. 6b), отвечают первым радиальным гармоникам с продольной структурой поля, соответствующей одному максимуму в центре резонатора и двум ми- нимумам на торцах. Можно видеть из рис. 5, что ам- плитуды сигнала на этих частотах соответствуют меньшим значениям, так как максимум указанной моды соответствует середине резонатора (рис.6 как раз и отвечает расположению приемного зонда в се- редине резонатора). Максимумы амплитуды стоха- стического сигнала в высокочастотном диапазоне, наблюдаемые на частоте =a2ω 876 МГГц (рис. 5а и 5с) и частоте =b2ω 955 МГц (рис. 5b и 5d), соот- ветствуют первым радиальным гармоникам с про- дольной структурой поля, соответствующей равен- ству продольной длины волны длине резонатора, т.е. максимуму и минимуму в резонаторе и нулям на торцах и в центре резонатора. Можно видеть из рис. 6, что амплитуды сигнала на этих частотах соответ- ствуют минимальным значениям (тот факт, что мы наблюдаем минимальные значения, а не нулевые связано с тем, что зонд не является точечным) в се- редине резонатора, так как максимумы указанной моды соответствуют расстояниям в четверть длины от торцов резонатора (рис. 6 как раз и отвечает рас- положению приемного зонда в середине резонатора). Следующая собственная мода резона- тора соответствует первой радиальной гармонике с продольной структурой поля, отвечающей трем экс- тремальным значениям в резонаторе, нулям на тор- цах и между экстремальными точками, соответству- ющей полутора продольным длинам волны в резо- наторе с двумя нулями на торцах. Однако частота этой моды даже в отсутствие плазмы составляет бо- лее 1 ГГц, т.е. лежит вне изучаемого диапазона ча- стот. Дальнейшее увеличение тока магнетрона при- водит к соответствующему увеличению плотности плазмы, а значит увеличению частот 1ω и 2ω , вследствие которого они оказываются вне рабочего диапазона частот. Как мы уже отмечали выше, про- хождение собственных волн резонатора в низкоча- стотном диапазоне происходит только при наличии в нем плазмы соответствующей плотности, наблю- дение несобственных волн обусловлено малыми геометрическими размерами резонатора и расстоя- ния между зондами. Эти два замечания относятся в полной мере как к стохастическим, так и регуляр- ным сигналам. Далее проанализируем прохождение через резо- натор регулярного сигнала, проведем сравнение ре- зультатов с данными, полученными для микровол- нового излучения со стохастически прыгающй фа- зой, а также установим степень соответствия теоре- тическим результатам, приведенным в [2]. Рис. 8. Зависимость амплитуды регулярного сиг- нала, прошедшего через резонатор при различной плотности плазмы 0=pn (а), np ≈ 109 см-3 (в) и np ≈ 5·109 см-3 (с), от частоты сигнала при рас- стоянии между возбуждающим и принимающим зондами 335 мм На рис. 8 приведены зависимости амплитуд регу- лярных сигналов после прохождения резонатора без плазмы (а), резонатора с плазмой низкой плотности np ≈ 109 см-3 (b), резонатора с плотной плазмой np ≈ 5·109 см-3 (с). Из рис. 8а видно, что при отсут- ствии плазмы регулярный сигнал проходит через ре- зонатор на частотах выше 400 МГц, в то время как частота отсечки составляет 478 МГц, что соответ- ствует критической длине волны ( Rcr 62.2=λ ) для моды Е01. Видно также, что пики собственных волн резонатора практически не выражены. Для по- лучения одинаковой амплитуды прошедшего сигна- ла для МВИСПФ и регулярного требуется, чтобы амплитуда регулярного сигнала на один – два по- рядка была выше. Это свидетельствует: во-первых, о низкой эффективности возбуждения волн в резона- торе регулярным сигналом, а во-вторых, об отсут- ствии избирательности при прохождении такого сигнала относительно собственных и несобственных волн. 4. ВЫВОДЫ В результате проведенных экспериментальных исследований возбуждения и прохождения в плазме различной плотности регулярных и стохастических электромагнитных волн установлено: возбуждение резонатора регулярным сигналом менее эффектив- но, чем МВИСПФ (для получения одинаковой ам- плитуды прошедшего сигнала для МВИСПФ и регу- лярного требуется, чтобы амплитуда регулярного сигнала на один – два порядка была выше); отсут- ствует избирательность при возбуждении и прохо- ждении резонатора регулярным монохроматическим сигналом относительно собственных и несобствен- ных волн. Результаты экспериментальных исследо- ваний находятся в удовлетворительном согласии с выводами теоретических исследований. ЛИТЕРАТУРА 1. Ya.B. Fainberg, F.G. Bass, V.D. Shapiro. Kvazi- lineynaya teoriya slaboturbulentnoy plazmy s uchetom korrelyatsii electricheskikh poley // Zh. Eksp. Teor.fiz. 1965, т. 49, с. 329-337. 2. V.I. Karas', V.D. Levchenko. Penetration of Mi- crowave with a stochastic jumping phase (MSJP) into overdense plasmas and electron collisionless heating by it // Proc of the V International Work- shop "Strong Microwaves in plasmas." (Nizhny Novgorod, Russia 2002, August 1-9), Abstracts, №19; Вопросы атомной науки и техники. Серия: Плазменная электроника и новые методы уско- рения 2003 (этот же том). 3. A. Alisov, V. Antipov, A.Artamoshkin, I. Zagrebelny, N. Zemlyansky, V. Mirny, V. Karas', Ya. Fainberg. Investigations of propagation, reflection and action on plasma of microwave stochastic radiation // Proc of the International School and Conference "Plasma Physics and Controlled Fusion" (Alushta, Ukraine, September 16-21, 2002), abstracts, p. 140. 4. С.И. Солодовченко, А.Ф. Штань и др. Характе- ристики установки с ЭЦР-разрядом для ионно- плазменной установки // Труды III-его межреги- онального совещания "Тонкие пленки в электро- нике". Москва – Йошкар-Ола, 1992, с. 13.

Экспериментальное исследование прохождения микроволнового излучения со стохастически прыгающей фазой (МВИСПФ) в сверхплотной плазме

Institution

Ähnliche Einträge