Разделы

Плазменная электроника

Плазменная электроника - раздел физики плазмы, изучающий коллективные взаимодействия плотных потоков (пучков) заряженных частиц с плазмой и газом, приводящие к возбуждению в системе линейных и нелинейных электромагнитных волн и колебаний, и использование эффектов такого взаимодействия. Прикладные задачи, которые ставит и решает плазменная электроника, определяют её основные разделы: плазменная СВЧ-электроника, изучающая возбуждение в плазме интенсивного когерентного электромагнитного излучения, начиная от радио - и вплоть до оптического диапазона длин волн; плазменные ускорители, основанные на явлении коллективного ускорения тяжёлых заряженных частиц электронными пучками и волнами в плазме; плазменно-пучковый разряд, основанный на коллективном механизме взаимодействия плотных пучков заряженных частиц с газом; турбулентный нагрев плазмы плотными пучками заряженных частиц и коллективные процессы при транспортировке и фокусировке пучков в проблеме УТС; неравновесная плазмохимия, изучающая процессы образования возбуждённых молекул, атомов и ионов при коллективном взаимодействии пучков заряженных частиц с газом и плазмой.

Историческая справка.

Плазменная электроника возникла после открытия А.И. Ахиезером и Я.Б. Файнбергом (1948), Д. Бомом и Э. Гроссом явления пучковой неустойчивости, представляющего собой вынужденное черенковское излучение плотным моноэнергетическим пучком электронов продольных электромагнитных волн в плазме. Одним из основных направлений коллективных методов ускорения, основы которых были заложены работами советских учёных В.И. Векслера, Г.И. Будкера и Я.Б. Файнберга, является метод ускорения электронов и ионов волнами плотности заряда в плазме и некомпенсированных пучках заряженных частиц, предложенный Я.Б. Файнбергом в 1956. В 1965 Е.К. Завойский и Я.Б. Файнберг предложили использовать электронные пучки и возбуждаемые ими электромагнитные волны для пучкового и турбулентного нагрева плазмы. Идея турбулентного нагрева плазмы позволила Е.К. Завойскому в 1969 году сформулировать основные принципы инерциального электронного УТС. В 70-х гг. Д.Д. Рютовым был предложен нагрев плазмы релятивистскими пучками в открытых ловушках.

Параллельно возникли и развивались направления, связанные со слабоионизованной плазмой. Открытие плазменно-пучкового разряда (1961) послужило основой создания новых источников плазмы, использующих энергию плотных электронных пучков для ионизации газа. Создаваемая в таких источниках плазма оказалась сильно неравновесной с большим числом возбуждённых ионов, атомов и молекул в метастабильных состояниях, инициирующих ряд новых типов плазмохимических реакций. Неравновесная плазма пучкового разряда является рабочим веществом в плазмохимических реакторах по разделению изотопов, в квантовых генераторах когерентного излучения - плазменных лазерах и мазерах и др.

Коллективные взаимодействия.

Все направления плазменной электроники базируются на коллективных взаимодействиях потоков заряженных частиц с плазмой и возбуждении сильных электромагнитных полей. В основе коллективного взаимодействия лежат элементарные процессы излучения и поглощения электромагнитные излучения заряженными частицами: одночастичный и коллективный эффекты Черенкова, нормальный и аномальный эффекты Доплера, циклотронное и синхротронное излучение и поглощение, ондуляторное излучение, параметрическое резонансное излучение, переходное излучение, томсоновское и комптоновское рассеяние, Мандельштама - Бриллюэна рассеяние и др. Если в плазме определённая группа частиц совершает упорядоченное движение, то при достаточно большой их плотности имеет место коллективное излучение электромагнитных волн: часть энергии упорядоченного движения переходит в энергию электромагнитного излучения. Именно так происходит в плазменных усилителях и генераторах электромагнитных волн. В свою очередь, в регулярных полях возбуждённых в плазме волн сторонние заряженные частицы могут приобрести упорядоченную энергию (коллективное ускорение). В нерегулярных полях с относительно широким спектром плазменных волн заряженные частицы приобретают неупорядоченную энергию вследствие поглощения этих волн и происходит нагрев плазмы. Поскольку пучки заряженных частиц могут обладать весьма большой кинетической энергией, то и нагрев плазмы может быть значительным, вплоть до термоядерных температур. Такое возможно, однако, только в случае сильно ионизованной плазмы. В слабоионизованной плазме существенная часть энергии передаётся нейтральным атомам и молекулам, в результате чего происходит их разогрев, возбуждение, диссоциация и ионизация. Эти процессы, в свою очередь, инициируют новый тип разряда, плазменно-пучковый разряд, новые типы химических реакций (плазменно-химическии реакции), а также определяют работу нового типа квантовых генераторов - плазменных лазеров и мазеров, основанных на переходах в ионных и ионно-молекулярных уровнях энергий.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5

Другие материалы

Расчет импульсного усилителя
Усилителем электрических колебаний называется устройство, которое позволяет при наличии на его входе колебания с некоторым уровнем мощности получить на выходной нагрузке те же коле ...

Проектирование электронного блока в типовом корпусе
Для обеспечения нормального функционирования электронных устройств, прежде всего, необходимы источники энергии, которые называют источниками питания. Для этой цели в большинстве случаев ...

Разработка технологического процесса производства усилителя мощности
Первым усилителем был, вероятно, прибор "Аудионс" (Аudions), который построил в 1912 году Ли де Форрест (Lee De Forest) - изобретатель лампового триода. Его усилитель позволил ...

Копирайт 2019 : www.ordinarytech.ru