волновод плазменный

ВОЛНОВОД ПЛАЗМЕННЫЙ - искусственное или естественное плазменное образование с неоднородным профилем диэлектрич. проницаемости, один из размеров к-рого значительно больше других. В плазме при определ. условиях может образоваться канал, по к-рому происходит направленное распространение эл--магн. энергии. В. п.- разновидность волновода диэлектрического. В. п. могут быть со свободной границей (плазменный цилиндр, удерживаемый магн. давлением, ионосферные слои) или жёсткой (плазменный цилиндр, заполняющий стеклянную трубку, плазма твёрдых тел). Плотность плазмы в В. п. может быть постоянной (однородный В. п.) или переменной, обычно убывающей от центра к краям (неоднородный В. п.). В. п. используют для транспортировки эл--магн. энергии в плазме, изучения свойств и нагрева плазмы, измерения её параметров, ускорения заряж. частиц. В. п.- основа плазменных генераторов и усилителей (см. Плазменная электроника).

Поскольку фазовая скорость эл--магн. волн в В. п. зависит от их поперечных размеров и может стать заметно меньшей скорости света с в вакууме, волны эффективнее взаимодействуют с заряж. частицами и между собой, чем в неогранич. плазме. В В. п. могут распространяться объёмные волны, лишь незначительно отличающиеся от объёмных волн в неогранич. плазме, и поверхностные, являющиеся характерной особенностью В. п. Поверхностные волны могут существовать на границе плазмы с вакуумом, диэлектриком и проводником (металлом). Частота со поверхностной волны на границе однородной полуограниченной плазмы с диэлектриком (диэлектрич. проницаемость ) в отсутствие пост, магн. поля лежит в интервале 0 << , где -ленгмюровская частота (см. Ленгмюровские волны).

Диэлектрич. проницаемость плазмы e при этом отрицательна:

Это - медленная эл--магн. волна ( < с), имеющая компоненты электрич. поля вдоль направления распространения и по нормали к границе. Её фазовая скорость . Частота наз. верхней граничной частотой поверхностной волны. Важной характеристикой поверхностной волны является глубина проникновения h поля в плазму - расстояние по нормали к границе, на к-ром поле убывает в е раз. Если h порядка поперечных размеров В. п., то собств. частота зависит от них. Так, напр., в узком цилиндрич. В. п. (, R -радиус, -длина волны) частота .

В более сложных случаях (неизотермич. плазма, наличие пост. магн. поля H₀)частота может зависеть от темп-ры плазмы и H₀.

В неоднородных по сечению В. п. собств. частота объёмной волны, зависящей от плотности частиц, изменяется вдоль её градиента. Такая волна может не распространяться. Частота поверхностной волны вполне определена и даже при сильном изменении градиента плотности изменяется слабо, поскольку является интегральной, а не локальной (как для волн объёмных) характеристикой. Так, напр., частота волны узкого цилиндрич. В. п. с произвольным по радиусу профилем плотности определяется приведённой выше ф-лой, но в должна входить средняя по сечению волновода плотность.

Затухание волн в однородных В. п. определяется столкновениями частиц и Ландау затуханием .Столкновит. затухание практически одинаково и в В. п., и в неогранич. плазме. Затухание Ландау поверхностных волн может быть значительно больше, чем объёмных при тех же условиях, что связано с сильной неоднородностью поля поверхностных волн у границы. В В. п. с размытыми границами появляется дополнит. затухание поверхностных волн. Поскольку частота поверхностных волн меньше в однородной плазме, то в переходной области всегда найдётся точка у₀, в к-рой . В окрестности этой точки поверхностная волна возбуждает ленгмюровскую, а сама затухает.

Лит.: Кондратенко А. H., Поверхностные и объемные волны в ограниченной плазме, M., 1985.

A. H. Кондратенко.

   <<      Предметный указатель      >>