Purkaus pinta-aallon päällä

Purkaus pinta-aallon päällä , eng. Surface-wave-sustaained plasmas (SWP) ovat eräänlainen kaasupurkaus , joka virittyy pintasähkömagneettisilla aalloilla . Plasman rajaa pitkin etenevät sähkömagneettiset pinta-aallot voivat absorboitua tehokkaasti siihen, mikä ylläpitää purkausta. Pinta-aallon purkaus mahdollistaa homogeenisen plasman saamisen tilavuudessa, jonka poikittaismitat ylittävät useita herättävän säteilyn aallonpituuksia. Pinta-aaltopurkausta ei pidä sekoittaa mikroaaltopurkaukseen eristeen pinnalla .

Opiskeluhistoria

Pinta-sähkömagneettiset aallot, joilla on vahvat kentät vain lähellä plasman rajaa, kuvattiin teoriassa 1958 [1] ja 1959 [2] kirjoissa . Moisen ja hänen ryhmänsä Montrealin yliopistossa ovat tutkineet [3] erilaisia purkausjärjestelmien konfiguraatioita suurella teholla laajalla taajuusalueella (1 MHz - 10 GHz), purkaustilavuuden halkaisijat jopa 150 mm, vaikka koko vaihtelee 30-10 GHz. 100 mm on yleisimmin käytetty. Yksinkertaisin lähteistä toimi ilman ulkoista magneettikenttää.

Fysikaaliset periaatteet

Mikroaaltopurkaukseen ilman magneettikenttää perustuvia plasmalähteitä pidettiin pitkään sopimattomina korkeatiheyksisen plasman luomiseen. Sähkömagneettiset bulkkiaallot eivät voi levitä plasmassa, jonka tiheys on suurempi kuin kriittinen. Aalto heijastuu plasman pinnalle ihovaikutuksen vuoksi ja vaimenee. Tunkeutumissyvyys vastaa ihon syvyyttä , joka voidaan suunnilleen kirjoittaa muodossa $\delta$

\delta \simeq c\,{\big /}{\sqrt {\omega _{p_{e}}^{2}-\omega ^{2}}}.

Huolimatta siitä, että skin-ilmiö estää yrityksiä siirtää energiaa plasmaan "poikki", ihokerroksen nollasta poikkeava syvyys mahdollistaa plasman johtavuuden käyttämisen aallon etenemiseen "pitkän" sen rajaa pitkin. Aallon energia siirtyy tässä tapauksessa plasmaan vaimennetun pinta-aallon vaikutuksesta, joka vaimenee eksponentiaalisesti pintaansa nähden kohtisuoraan suuntaan. Tällainen mekanismi mahdollistaa ylikriittisen tiheyden omaavan plasman luomisen. Lisäksi pinta-aallon leviämiseksi on pohjimmiltaan välttämätöntä, että plasman tiheys on suurempi kuin kriittinen, joka määritetään lausekkeella:

n_{c}={\frac {\varepsilon _{o}\,m_{e}}{e^{2}}}\,\omega ^{2}

Käytännön toteutus

Tämän tyyppisen purkauksen käytännön toteuttamiseksi purkaustilavuuteen sijoitetaan plasmaa kestävä dielektrinen aine (kutsutaan myös dielektriseksi antenniksi), jonka toisesta päästä on aaltoputki , jonka kautta syötetään mikroaaltotehoa. Mikroaaltoaalto, joka jättää aaltoputken purkaustilavuuteen, aiheuttaa siihen mikroaaltovaurion, mikä johtaa plasman muodostumiseen. Kun plasman tiheys saavuttaa kriittisen arvon tietyllä taajuudella, luodaan olosuhteet pinta-aallon etenemiselle, joka siirtää energiaa eristettä pitkin ja aikaansaa ionisaation. Ilmestyy itseään ylläpitävä plasma-aaltoputki , johtavien seinien rooli, jonka plasma suorittaa. Koska plasman johtavuus on paljon pienempi kuin metallin johtavuus, näillä "seinillä" on suhteellisen korkea vastus, ja niissä indusoitunut virta siirtää sähkömagneettisen aallon tehon plasmaan.

Teolliset sovellukset

Tällä hetkellä markkinoilla ei ole teknisiä laitteistoja, jotka käyttävät plasmalähteitä pinta-aaltojen purkauksessa. Tämän tyyppiset lähteet ovat huonompia kuin ne, joissa on induktiivisesti kytketty plasma sellaisissa perusparametreissa kuin käytännöllisesti saavutettavissa oleva plasman tiheys ja sen jakautumisen tasaisuus hoitovyöhykkeellä. Suuritiheyksisten lähteiden saamiseksi on käytettävä taajuuksia, jotka ovat mikroaaltoalueella 1...10 GHz. Käytännön sovelluksiin teoreettisin ja kokeellisesti tutkituin lieriömäinen purkauskonfiguraatio on useimmissa tapauksissa sopimaton, koska ehto on periaatteessa täytettävä , mikä tekee vaaditun plasman tiheyden tasaisuuden saavuttamisen mahdottomaksi [4] . Tältä osin erityistä kiinnostusta on myös tasageometrisilla järjestelmillä [5] . $l>>R$

Kirjallisuus

Smullin LD , Chorney P. Ionitäyteisten aaltoputkien ominaisuudet // Proc. I.R.E. - 1958. - T. 46 . - S. 360 .
Trivelpiece AW , Gould RW Space Charge Waves in Sylinder Plasma Columns (englanniksi) // J. Appl. Phys. : lehti. - 1959. - Voi. 30 , iss. 11 . - s. 1784 . — ISSN 00218979 . - doi : 10.1063/1.1735056 .
Moisan M. , Zakrzewski Z. , Lawrence H. Luessen . Säteilyprosessit purkausplasmoissa / Joseph M. Proud . - Springer US, 1986. - P. 381-430. - (NATO ASI -sarja). - ISBN 978-1-4684-5307-2 , 978-1-4684-5305-8.
Komachi K. Vaikuttavat tekijät pinta-aallon tuotettuun plasmaan // Journal of Vacuum Science Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. - 1993. - T. 11 , no. 1 . - s. 164-167. — ISSN 0734-2101 . - doi : 10.1116/1.578284 .
Lieberman MA , Lichtenberg AJ Plasmapurkausten ja materiaalien käsittelyn periaatteet. - John Wiley & Sons, 2005. - ISBN 0-471-72001-1 .