Theory of gas discharge maintained by the electromagnetic symmetric surface wave allowing for radial non–uniformity of the magnetized plasma

Abstract

This report is devoted to the theoretical study of the phase characteristics, attenuation coefficient and axial electron density distribution in gas discharge maintained by symmetric high frequency electromagnetic wave in the diffusion controlled regime. The wave considered propagates along the waveguide structure that consists of a non–uniform plasma column, enclosed by dielectric tube that is surrounded by vacuum and placed within a cylindrical metal waveguide. The external steady magnetic field is directed along the axis of the waveguide system. Plasma is considered as a cold and weakly absorbing medium with constant value of effective electron collision frequency. The phase and attenuation surface wave characteristics, and the axial electron density distribution were considered in the approach of slightly axial non–uniformity plasma density. It was shown that the plasma density non–uniformity greatly influences on the wave characteristics and gas discharge axial structure.

Дана робота присвячена теоретичному вивченню фазових характеристик, коефіцієнта просторового загасання симетричної високочастотної електромагнітної хвилі, а також аксіального розподілу густини плазми при дифузійному режимі протікання газового розряду, що підтримується цією хвилею. Розглянуто хвилю, що розповсюджується уздовж хвилеводної структури, яка складається з неоднорідного плазмового стовпа, що знаходиться в діелектричній трубці, яка оточена вакуумною областю та розташована в циліндричному металевому хвилеводі. Зовнішнє стале магнітне поле спрямоване уздовж вісі хвилеводної системи. Плазма розглядається як холодне та слабко поглинаюче середовище зі сталим значенням ефективної частоти зіткнень електронів. В наближенні слабкої аксіальної неоднорідності густини плазми розглянуто фазові властивості та просторове загасання хвилі, а також аксіальний розподіл густини плазми у розряді. Показано, що радіальна неоднорідність густини плазми суттєво впливає на властивості хвилі та аксіальну структуру розряду.

Данная работа посвящена теоретическому изучению фазовых характеристик, коэффициента пространственного затухания симметричной высокочастотной электромагнитной волны, а также аксиального распределения плотности плазмы при диффузионном режиме протекания газового разряда, который поддерживается этой волной. Рассматриваемая волна распространяется вдоль волноводной структуры, состоящей из неоднородного плазменного столба, помещенного в диэлектрическую трубку, которая окружена вакуумной областью и помещена в цилиндрический металлический волновод. Внешнее постоянное магнитное поле направлено вдоль оси волноводной системы. Плазма рассматривается как холодная и слабо поглощающая среда с постоянным значением эффективной частоты столкновений электронов. В приближении слабой аксиальной неоднородности плотности плазмы рассмотрены фазовые свойства и пространственное затухание волны, а также аксиальное распределение плотности плазмы в разряде. Показано, что радиальная неоднородность плотности плазмы существенно влияет на свойства волны и аксиальную структуру разряда.