Kisülés felszíni hullámon

Kisülés felszíni hullámon , eng. A felszíni hullámhosszúságú plazmák (SWP) a felszíni elektromágneses hullámok által gerjesztett gázkisülés egyik formája . A plazma határa mentén terjedő felületi elektromágneses hullámokat hatékonyan tudja elnyelni, így fenntartja a kisülést. A felületi hullám kisülése lehetővé teszi olyan térfogatú homogén plazma előállítását, amelynek keresztirányú méretei meghaladják a gerjesztő sugárzás több hullámhosszát. A felületi hullám kisülést nem szabad összetéveszteni a mikrohullámú kisüléssel a dielektrikum felületén .

Tanulmánytörténet

A felszíni elektromágneses hullámokat, amelyeknek csak a plazmahatár közelében van erős mező, elméletileg 1958-ban [1] és 1959-ben [2] írták le . Moisen és csoportja a Montreali Egyetemen tanulmányozták [3] különböző kisülési rendszer-konfigurációkat nagy teljesítményű, széles frekvenciatartományban (1 MHz-től 10 GHz-ig), a kisülési térfogat átmérője 150 mm-ig, bár a méret 30-tól A leggyakrabban 100 mm-t használnak. A legegyszerűbb források külső mágneses tér nélkül működtek.

Fizikai elvek

A mágneses tér nélküli mikrohullámú kisülésen alapuló plazmaforrásokat sokáig alkalmatlannak tartották nagy sűrűségű plazma létrehozására. A tömeges elektromágneses hullámok nem terjedhetnek a kritikusnál nagyobb sűrűségű plazmában. A hullám a bőrhatás miatt visszaverődik a plazma felületén és csillapodik. A behatolási mélység a bőrmélységnek felel meg , amely megközelítőleg így írható fel $\delta$

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

Annak ellenére azonban, hogy a skin-effektus akadályozza az energiát a plazmába "keresztül" juttatni, a bőrréteg nullától eltérő mélysége lehetővé teszi a plazma vezetőképességének felhasználását a hullám "határa mentén" terjedésére. A hullám energiája ebben az esetben a csillapított felületi hullám hatására a plazmába kerül, amely a felületére merőleges irányban exponenciálisan lecseng. Egy ilyen mechanizmus lehetővé teszi szuperkritikus sűrűségű plazma létrehozását. Ezenkívül a felületi hullám terjedéséhez alapvetően szükséges, hogy a plazma sűrűsége nagyobb legyen, mint a kritikus, amelyet a következő kifejezés határoz meg:

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

Gyakorlati megvalósítás

Az ilyen típusú kisülés gyakorlati megvalósításához a kisülési térfogatban egy plazmával szemben ellenálló dielektrikumot helyeznek el (más néven dielektromos antennát), amelynek egyik végéből egy hullámvezető van , amelyen keresztül a mikrohullámú áramot táplálják. A mikrohullámú hullám a hullámvezetőt a kisülési térfogatba hagyva mikrohullámú letörést okoz benne, ami plazma képződéséhez vezet. Amikor a plazmasűrűség elér egy kritikus értéket egy adott frekvenciához, akkor létrejönnek a feltételek a felületi hullám terjedéséhez, amely a dielektrikum mentén energiát ad át, ionizációt biztosítva. Megjelenik egy önfenntartó plazma hullámvezető , a vezető falak szerepe, amelyet a plazma lát el. Tekintettel arra, hogy a plazma vezetőképessége jóval kisebb, mint a fém vezetőképessége, ezeknek a "falaknak" viszonylag nagy az ellenállása, és a bennük indukált áram átadja az elektromágneses hullám erejét a plazmának.

Ipari alkalmazások

Jelenleg nincs a piacon olyan technológiai berendezés, amely plazmaforrást használna a felszíni hullámok kisülésénél. Az ilyen típusú források rosszabbak az induktív csatolású plazmával rendelkezőknél olyan alapvető paraméterek tekintetében, mint a gyakorlatilag elérhető plazmasűrűség és a kezelési zónában való egyenletes eloszlása. A nagy sűrűségű források beszerzéséhez az 1...10 GHz-es mikrohullámú tartományba eső frekvenciákat kell használni. A gyakorlati alkalmazásokhoz az elméletileg és kísérletileg leginkább vizsgált hengeres kisülési konfiguráció a legtöbb esetben alkalmatlan a feltétel teljesítésének alapvető igénye miatt , ami lehetetlenné teszi a szükséges plazmasűrűség egyenletesség elérését [4] . E tekintetben különös érdeklődés mutatkozik a lapos geometriájú rendszerek iránt is [5] . $l>>R$

Irodalom

Smullin LD , Chorney P. Properties of Ion Filled Waveguides // Proc. HARAG. - 1958. - T. 46 . - S. 360 .
Trivelpiece AW , Gould RW Space Charge Waves in Cylindrical Plasma Columns (angol) // J. Appl. Phys. : magazin. - 1959. - 1. évf. 30 , iss. 11 . - 1784. o . — ISSN 00218979 . - doi : 10.1063/1.1735056 .
Moisan M. , Zakrzewski Z. , Lawrence H. Luessen . Sugárzási folyamatok kisülési plazmában / Joseph M. Proud . - Springer USA, 1986. - P. 381-430. - (NATO ASI sorozat). - ISBN 978-1-4684-5307-2 , 978-1-4684-5305-8.
Komachi K. A felszíni hullám által termelt plazmát befolyásoló tényezők // Journal of Vacuum Science Technology A: Vacuum, Surfaces and Films. - 1993. - T. 11 , sz. 1 . - P. 164-167. — ISSN 0734-2101 . - doi : 10,1116/1,578284 .
Lieberman MA , Lichtenberg AJ A plazmakibocsátások és az anyagfeldolgozás elvei. - John Wiley & Sons, 2005. - ISBN 0-471-72001-1 .