Исследования поведения ФРЭ в канале СПД с помощью обычных ленгмюровских зондов показали, о чем говорилось выше, что в зоне ионизации происходит "перемешивание" всех трех компонент ФРЭ, в том числе идущих от среза. Объяснить это можно только допустив развитие силь- ных высокочастотных (/ ^ 106Гц) колебаний. Определение мест генерации СВЧ- колебаний, их частот и амплитуд, является эффективным индикатором процессов в канале двигателя. Здесь нас будут интересовать выполненные К. П. Кирдяшевым [182,183] ис- следования продольных СВЧ-колебаний с точки зрения диагностики электронных процессов в канале. Для этой цели использовался "двухпроводный" зонд, индук- тивно связанный с регистрирующей аппаратурой. Расстояние между проводниками бралось Д/ rsj 0,8 мм. Естественно, что выбор этого расстояния влияет на величину фиксируемого сигнала в окрестности а < 1, где а = кА1. Здесь к — волновое число. Проводилась коррекция по а, однако она была достаточно условной. Поэтому ниже мы обратим внимание, прежде всего, на результаты качественного характера, в которых нельзя сомневаться. Характерные частоты СВЧ-колебаний. Измерения охватывают частотный диа- пазон 0,5ГГц</<30ГГц. G.5.18) Электронные ларморовские частоты для типичных в каналах СПД магнитных полей в интервале 100 эрг < Н < 300 эрг лежат в пределах 280 МГц < / < 840 Мгц. G.5.19) 1) То есть появление "антидебаевского" слоя. 7.5. Поверхностно-детерминированные разряды (на примере СПД) 399 Видно, что диапазоны G.5.18) и G.5.19) полностью не перекрываются, и поэтому окончательный вывод о величине шумов на ларморовских частотах делать нельзя, но в области перекрытия зонд не ловит колебания электрон-ларморовских частот. В то же время ленгмюровские частоты, соответствующие характерному диапазону 11 3 123 р р концентрации электронов 1011 см ~3 пе у рр 1012см~3 лежат в пределах G.5.20) и хорошо проявляются на спектрограммах. Локализация источников шумов. На рис. 7.5.46 типичные распределения уровня шумов вдоль канала при двух частотах f\ = 1,9 ГГц и f\ = 4,0Ггц. Видно, что амплитуда шумов резко возрастает в зоне ионизации и вблизи среза канала. I ддддл VWW Ш^7л 1а Вт 16 м'МГц 4,0 ГГц 1,95 ГГц 20 40 60 80 z,mm 40 г, мм Рис. 7.5.4. Уровни СВЧ-шумов в канале СПД: а — зоны с априори повышенным уровнем шумов, I — катод, 1а — зона ионизации, 16 — пристеночная зона, II — зона входа электронов из катода в магнитное поле канала, III — зона захвата электронов уходящим ионным потоком; б — распределение уровня шумов разной частоты по длине канала: первый максимум соот- ветствует зоне ионизации, второй — окрестности катода; в — распределение интенсивности шумов по радиусу 400 Гл. 7. Взаимодействие плазмы с поверхностями твёрдых тел На рис. 7.5.4в даны аналогичные распределения по радиусу амплитуды шумов для частот /i = 1,7 ГГц и f\ = 4,5 ГГц. Уровень шумов вблизи наружного изолятора существенно больше чем у наружного. Детали распределения амплитуды шумов и максимальные значения этих амплитуд для различных моделей и режимов работы СПД варьируются, но качественный вид не меняется. На рис. 7.5.4а схема- тически заштрихованы зоны генерации шумов. Видно, что они связаны с местами, где возникают группы электронов с различными скоростями. Действительно, в зоне ионизации вновь родившиеся электроны взаимодействуют с электронами, "давно" дрейфующими по азимуту. Вблизи изоляторов опять-таки дрейфующие по азимуту электроны "сталкиваются" с идущим от стенки заторможенным потоком. Более того, как мы видели выше (п. 7.3.1), раскачка колебаний на ленгмюровских частотах может возникать и в том случае, когда температура Те падающих на изолятор электронов приближается к первому порогу размножения е*. Характерной особенностью радиального распределения интенсивности шумов (рис. 7.5.5) является резкая асимметрия между окрестностями внутреннего и на- ружного изоляторов. Но эта асимметрия прекрасно согласуется как с особенностями электронных траекторий, так и с особенностями ПП. Шумит также зона выхода из канала. Интерпретация процессов в этой зоне, приводящих к генерации шумов на выходе из канала, сложнее. В принципе здесь есть два совершенно разных процесса. Один — это "квазиомический" бесстолкновитель- ный захват в магнитном поле электронов, идущих от катода в канал. Другой — это захват электронов из того же источника в уходящую плазменную струю. Первый из них принципиально связан с электрон-ионным взаимодействием, и поэтому он дол- жен быть относительно низкочастотным. И действительно, здесь преобладают шумы с частотами ~ 0, 5-0,8/,ГГц. Второй процесс может быть электрон-электронным, т. е. проходить на ленгмюровских частотах. Указание на возможность срыва ДС. Срыв ДС или отсутствие срыва должны существенно влиять на характер СВЧ-колебаний в канале СПД. Показано, что огибающая СВЧ-излучения имеет хаотически расположенные по времени выбросы длительностью до ~ 100 мкс и находящиеся друг от друга на расстояниях ~ 100— 500 мкс. Интерпретация выбросов огибающей как результат срыва ДС представляет- ся вполне естественной.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «СВЧ-колебания в канале СПД» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
