Оптимизация волноводной структуры реактора с плазмой, поддерживаемой мощным микроволновым излучением гиротрона на частоте 24 ГГц

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведено численное моделирование электромагнитных полей в волноводном плазмотроне, в котором СВЧ-нагрев плазмы осуществляется непрерывным излучением технологического гиротрона с частотой 24 ГГц и мощностью до 5 кВт. Показано, что уменьшение выходного диаметра плазмотрона позволяет более чем вдвое увеличить амплитуду электрического поля, но при уменьшении диаметра до 8 мм значительно возрастает коэффициент отражения, что приводит к попаданию отраженного излучения в гиротрон. Показано, что учет частоты столкновений, соответствующей реальным параметрам разряда атмосферного давления, приводит к уменьшению коэффициента отражения более чем в 10. Экспериментально подтверждено, что при уменьшении выходного диаметра плазмотрона диапазон параметров поддержания разряда существенно расширяется, а коэффициент поглощения превышает 80%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Мансфельд

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mda1981@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950

Н. В. Чекмарев

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: mda1981@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950

С. В. Синцов

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: mda1981@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950

А. В. Водопьянов

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: mda1981@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950

Список литературы

  1. Sabchevski S., Glyavin, M., Mitsudo S. et al. // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2021. V. 42. P. 715. https://doi.org/10.1007/s10762-021-00804-8
  2. Egorov S.V., Eremeev A.G., Kholoptsev V.V. et al. // Rev. Sci. Instruments. 2022. V. 93. № 6. https://doi.org/10.1063/5.0093341
  3. Bogdashov A.A., Fokin A.P., Glyavin M.Yu. et al. // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2020. V. 41. P. 164. https://doi.org/10.1007/s10762-019-00655-4
  4. Мансфельд Д.А., Водопьянов А.В., Синцов С.В. и др. // Письма в ЖТФ. 2023. Т. 49. № 1. C. 39. https://doi.org/ 10.21883/PJTF.2023.01.54057.19384
  5. Мансфельд Д.А. // Тез. докл. конф. “Физика низкотемпературной плазмы”. Казань, 5–9.06.2023. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2023. С. 56.
  6. Raizer Yu.P. Gas Discharge Physics. New York: Springer, 1991.
  7. Yukikazu Itikawa // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2002. V. 31. P. 749. https://doi.org/10.1063/1.1481879

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема волноводного СВЧ-плазмотрона (а) и фотография разряда (б).

Скачать (48KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Модель СВЧ-плазмотрона в среде CST Microwave Studio.

Скачать (92KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение среднеквадратичного значения напряженности электрического поля в плазмотроне в логарифмическом масштабе при диаметре выходного отверстия 10 (a) и 6 мм (б) и вдоль оси плазмотрона в линейном масштабе (в) для выходного отверстия диаметром 6 (1) и 10 мм (2). Цветовая шкала в логарифмическом масштабе.

Скачать (162KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость коэффициента отражения от диаметра выходного отверстия плазмотрона.

Скачать (46KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость максимального значения напряженности электрического поля на оси плазмотрона от диаметра выходного отверстия плазмотрона при мощности источника 1 Вт.

Скачать (51KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение среднеквадратичного значения напряженности электрического поля в плазмотроне при диаметре выходного отверстия 8 мм без плазмы (a), с плазменным цилиндром (черный контур) c концентрацией электронов ne = 6 × 1012 см−3 (б) и при частоте столкновений νc = 1012 c−1 (в).

Скачать (151KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сравнение коэффициента отражения R (%) в модели плазмотрона без плазмы, с плазменным цилиндром, при ne = 6 × 1012 см−3 без учета столкновений и со столкновительной плазмой (νc = 1012 c−1) при разных значениях диаметра выходного отверстия плазмотрона: d = 6 (1), 7 (2), 8 (3) и 10 мм (4).

Скачать (114KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость коэффициента отражения R (1) и коэффициента прохождения T (2) от концентрации бесстолкновительной плазмы.

Скачать (69KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024