Descărcare pe o undă de suprafață

Descărcare pe o undă de suprafață , ing.  Plasmele susținute de unde de suprafață (SWP) sunt o formă de descărcare gazoasă excitată de undele electromagnetice de suprafață . Undele electromagnetice de suprafață care se propagă de-a lungul limitei plasmei pot fi absorbite eficient de aceasta, menținând astfel descărcarea. O descărcare pe o undă de suprafață face posibilă obținerea unei plasme omogene într-un volum ale cărui dimensiuni transversale depășesc mai multe lungimi de undă ale radiației excitante. O descărcare de undă de suprafață nu trebuie confundată cu o descărcare de microunde pe suprafața unui dielectric .

Istoria studiului

Undele electromagnetice de suprafață, care au câmpuri puternice doar în apropierea limitei plasmei, au fost descrise teoretic în lucrările din 1958 [1] și 1959 [2] . Moisen și grupul său de la Universitatea din Montreal au studiat [3] diferite configurații ale sistemelor de descărcare la putere mare pe o gamă largă de frecvențe (de la 1 MHz la 10 GHz), diametre ale volumului de descărcare de până la 150 mm, deși dimensiunea intervalului de la 30 la 10 GHz. Cel mai frecvent a fost folosit 100 mm. Cea mai simplă dintre surse a funcționat fără un câmp magnetic extern.

Principii fizice

Multă vreme, sursele de plasmă bazate pe o descărcare de microunde fără câmp magnetic au fost considerate nepotrivite pentru crearea plasmei de înaltă densitate. Undele electromagnetice în vrac nu se pot propaga într-o plasmă cu o densitate mai mare decât cea critică. Valul se reflectă pe suprafața plasmei datorită efectului pielii și devine amortizat. Adâncimea de penetrare corespunde adâncimii pielii , care poate fi scrisă aproximativ ca

Cu toate acestea, în ciuda faptului că efectul pielii împiedică încercările de a transfera energie către plasmă „de-a lungul”, adâncimea diferită de zero a stratului de piele face posibilă utilizarea conductivității plasmei pentru a propaga valul „de-a lungul” limitei sale. Energia undei în acest caz este transferată plasmei datorită undei de suprafață amortizate, care se degradează exponențial în direcția perpendiculară pe suprafața sa. Un astfel de mecanism face posibilă crearea unei plasme cu densitate supercritică. Mai mult, pentru propagarea unei unde de suprafață, este fundamental necesar ca densitatea plasmei să fie mai mare decât cea critică, care este determinată de expresia:

.

Implementare practică

Pentru implementarea practică a acestui tip de descărcare, în volumul de descărcare este plasat un dielectric rezistent la plasmă (numit și antenă dielectrică), de la un capăt al căruia există un ghid de undă , prin care este furnizată puterea de microunde. Unda cu microunde, lăsând ghidul de undă în volumul de descărcare, provoacă o defalcare a microundelor în acesta, ducând la formarea plasmei. Când densitatea plasmei atinge o valoare critică pentru o anumită frecvență, se creează condiții pentru propagarea unei unde de suprafață, care transferă energie de-a lungul dielectricului, oferind ionizare. Apare un ghid de undă cu plasmă autosusținut , cu rolul de pereți conductori, care este îndeplinit de plasmă. Datorită faptului că conductivitatea plasmei este mult mai mică decât conductivitatea metalului, acești „pereți” au o rezistență relativ mare, iar curentul indus în ei transferă puterea undei electromagnetice către plasmă.

Aplicații industriale

În prezent, pe piață nu există instalații tehnologice care să utilizeze surse de plasmă la o descărcare pe unde de suprafață. Sursele de acest tip sunt inferioare celor cu plasmă cuplată inductiv în parametri fundamentali precum densitatea plasmei realizabilă practic și uniformitatea distribuției acesteia pe zona de tratament. Pentru a obține surse de înaltă densitate, este necesar să folosiți frecvențe în intervalul de microunde de 1..10 GHz. Pentru aplicații practice, configurația de descărcare cilindrica cea mai studiată teoretic și experimental este în majoritatea cazurilor nepotrivită din cauza necesității fundamentale de a îndeplini condiția , ceea ce face imposibilă obținerea uniformității densității plasmei necesare [4] . În acest sens, există un interes deosebit și în sistemele cu geometrie plană [5] .

Note

  1. ↑ Smullin, Chorney, 1958 .
  2. ↑ Trivelpiece, Gould, 1959 .
  3. ↑ Moisan și colab., 1986 .
  4. ↑ Lieberman, Lichtenberg, 2005 .
  5. ↑ Komachi, 1993 .

Literatură