генераторы плазмы

ГЕНЕРАТОРЫ ПЛАЗМЫ - устройства, создающие из нейтральных веществ потоки низкотемпературной плазмы, т. е. плазмы с кинетич. энергией частиц их энергии ионизации. Иногда термин "Г. п." применяют и к др. источникам плазменных потоков, напр. плазменным ускорителям. К Г. п. естественно примыкают ионные и электронные источники, из к-рых электрич. полем вытягиваются потоки ионов и электронов соответственно. (О получении высокотемпературной плазмы см. в ст. Термоядерный реактор.)

Функциональную основу Г. п., как правило, составляет газовый разряд (дуговой, тлеющий, высокочастотный, СВЧ-разряд, лазерный, пучково-плазменный). Для генерации плазмы пока ещё редко используется ионизация рабочего вещества резонансным излучением, но в будущем, в связи с развитием лазеров, такие Г. п. могут получить значит. распространение. Г. п., работающие на газах при давлениях, сравнимых с атмосферным, обычно наз. плазмотронами .Г. п., работающие на газах низких давлений, как правило, входят в состав более крупных устройств, напр. двухступенчатых плазменных ускорителей или ионных источников. Если в плазмотронах одной из основных конструктивных трудностей является защита стенок газоразрядного канала от больших тепловых потоков, то в Г. п. низкого давления возникает проблема предотвращения гибели заряж. частиц на стенках. С этим борются, используя экранировку стенок магн. и электрич. полями (см. Ионный источник ),а также совмещая ионизацию и ускорение в одном объёме, благодаря чему поток плазмы попадает преим. в выходное отверстие Г. п. (см. Плазменные ускорители ).В связи с задачами плазменной технологии большое внимание уделяется разработке Г. п., непосредственно генерирующих плазму из твёрдых веществ. Наиб. распространение для этих целей получили вакуумные дуги с холодным катодом. Возникающие на этих катодах "пятна" с большой плотностью тока (~10⁵ А/см²) вызывают интенсивную эрозию материала катода и ионизацию продуктов эрозии. Полученная таким способом плазма при необходимости доускоряется, очищается от нейтральных паров и макрочастиц и направляется, напр., на деталь, подлежащую покрытию. Существуют Г. п., использующие для этих целей эрозию диэлектрика (см. Скользящий разряд)или анода. Последние два варианта реализуются в импульсных Г. п., в к-рых на короткое время создается разряд с большой плотностью тока около эродируемого элемента.

Появление импульсных лазеров привело к разработке Г. п., в к-рых плазма образуется в результате воздействия мощных лазерных импульсов на поверхность твёрдого или жидкого вещества. Такие Г. п. находят применение, в частности, для определения хим. состава этих веществ.

Осн. характеристики качества Г. п.: степень ионизации плазмы, ср. энергия частиц, энергетич. цена иона, т. е. энергия, идущая на получение одного иона. Так, в плазмотронах ср. энергия частиц ~ 0,5+1 эВ, степень ионизации - единицы и десятки процентов, энергетич. цена иона ~ 2-3 "потенциалов" ионизации. При понижении давления и использовании поперечных магн. полей, созданных внеш. катушками или токами, текущими в плазме, степень ионизации можно сделать близкой к полной, но энергетич. цена иона при этом возрастает в неск. раз.

Непрерывное возрастание областей приложения плазмы интенсивно стимулирует разработку всё новых разновидностей Г. п. и совершенствование имеющихся.

Лит. Физика и применение плазменных ускорителей, Минск, 1974; IX Всесоюзная конференция по генераторам низкотемпературной плазмы, 20-22 октября 1983 г. Тезисы докладов, Фр., 1983; см. также лит. при ст. Плазмотрон.

А. И. Морозов.

   <<      Предметный указатель      >>