Наукова конференція Інституту ядерних досліджень НАНУ
8-12 квітня 2019 р.
Тези доповідей
Секція: Фізика плазми та КТС
9 квітня 2019 р., вівторок, 15:45
Регламент: 12+3 хв.
ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РОЗПОДІЛ ЧАСТИНОК ПЛАЗМИ
У ГЕЛІКОННОМУ РОЗРЯДІ З ПЛАНАРНОЮ АНТЕНОЮ
В.Ф.Вірко, Ю.В.Вірко, В.Ф.Семенюк
Інститут ядерних досліджень НАН України
Відділ фізики плазми і плазмових технологій
Геліконні розряди збуджуються циркулярно поляризованими плазмовими хвилями – геліконами. Ці хвилі поширюються в замагніченій плазмі і створюють об’ємну іонізацію, що обумовлює високу ефективність геліконних розрядів та їх широке застосування в різних галузях. Технологічні властивості розрядів визначаються енергетичними розподілами компонентів плазми – іонів та електронів. В технічних цілях широко використовуються геліконні розряди з так званою «планарною» індукційною антеною, яка являє собою плоску спіраль, розташовану за діелектричним вакуумним вікном в торці розрядної камери. Така антена вводить електромагнітну енергію в розряд вздовж магнітного поля, що значно полегшує компоновку обладнання. Відомостей про енергетичний розподіл компонентів плазми в такому розряді недостатньо. В роботі, за допомогою аналізатора енергій з гальмівним полем, досліджено енергетичні розподіли іонів та електронів у геліконному розряді з планарною антеною в умовах, типових для плазмово-технологічних процесів. Енергетичні розподіли визначались шляхом диференціювання гальмівних характеристик. Вимірювання енергій іонів дозволяє одночасно визначити потенціал плазми, виявити коливання потенціалу та оцінити їх амплітуду, встановити існування направлених іонних потоків.
Експерименти проводились в розрядній камері діаметром 14 см і довжиною 32 см, при тиску аргона 0,65 Па в магнітному полі 6 мТ. Потужність ВЧ на частоті 13,56 МГц становила 1 кВт. В цих умовах біля осі розряду спостерігається блакитне осереддя (керн), внаслідок випромінювання іонних ліній аргону (“blue core” - режим). Встановлено наступне:
1) При розряді в камері з діелектричними стінками потенціал плазми є додатним і становить 10…15 В. В камері з провідними стінками потенціал є близьким до нуля, за винятком випадків, коли кінцевий електрод (підкладкотримач) має позитивне зміщення і споживає електронний струм у кілька амперів.
2) При збільшенні потужності ширина енергетичного розподілу іонів ΔE збільшується і досягає 10…12 еВ на половині висоти. Зменшення іонного струму гальмівної характеристики починається при від’ємних потенціалах сітки-дискримінатора. Це може бути наслідком стохастичних коливань потенціалу плазми, при яких потенціал приймає також від’ємні значення.
3) Обмеження електронного струму (перегин гальмівної характеристики) спостерігається раніше за досягнення потенціалу плазми. Причиною може бути спустошення (внаслідок відбору електронів) магнітної силової трубки, яка спирається на переріз вхідної апертури аналізатора. Наявність магнітного поля не дозволяє відтворити повну функцію розподілу електронів за енергіями.
4) Температура електронів, визначена з експоненціальної ділянки гальмівної характеристики, співпадає з виміряною ленгмюрівським зондом і складає 3,5…4 еВ.
5) В однакових зовнішніх умовах виявлено два режими розряду, які відрізняються зміщенням максимуму електронного розподілу на величину 20…30 еВ. Причиною може бути зміна поздовжньої моди стоячих геліконних хвиль [1].