МИКРОВОЛНОВЫЕ РАЗРЯДЫ НА ПОВЕРХНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛА KBr

В.А. Иванов, М.Е. Коныжев

Проведены исследования микроволновых разрядов, возбуждаемых на поверхности монокристалла бромида калия (KBr) в вакууме при взаимодействии с потоком сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения частоты 2 ГГц. Исследования выполнялись в вакуумированном волноводе прямоугольного сечения 12×6 см при остаточном давлении воздуха 10^-4 Па. Импульсом СВЧ излучения магнетрона мощностью 50-2000 кВт и длительностью 0,5-20 мкс в прямоугольном волноводе возбуждалась мода волны типа TE₁₀. Монокристалл бромида калия (KBr) с полированными гранями помещался в пучность электрического поля стоячей волны, возникающей вследствие отражения падающей волны типа TE₁₀ от металлического поршня. Возникновение различных типов СВЧ разрядов на поверхности кристалла регистрировалось по изменениям в огибающей отраженного сигнала СВЧ излучения, по величине тока электронов, выходящих из области разряда и по характеру оптического свечения на поверхности кристалла.

При взаимодействии кристалла KBr с СВЧ излучением мощностью 75 кВт при длительности импульса 20 мкс наблюдалось устойчивое возбуждение вторично-эмиссионного электронного разряда (ВЭЭР) [1]: поглощение мощности микроволнового излучения регистрировалось на уровне около 1% от падающей мощности, слабое свечение кристалла было однородно по поверхности, регистрировался ток электронной эмиссии из области разряда порядка 1мА/см². Возбуждение ВЭЭР на кристалле KBr происходило при превышении пороговой интенсивности падающего СВЧ излучения около S₀ = 1,2 кВт/см².

При превышении порога возникновения ВЭЭР по интенсивности СВЧ излучения увеличение длительности СВЧ импульса приводило к переходу ВЭЭР в плазменный контрагированный разряд - микроволновый пробой (МП) [2]. МП характеризуется сильным поглощением СВЧ мощности (50-100%), формированием ярко светящегося канала пробоя, ориентированного вдоль электрического поля СВЧ волны, и возрастанием тока электронов из разряда более чем в 100 раз. Величина временной задержки τ между передним фронтом СВЧ импульса и моментом перехода разряда из стадии ВЭЭР в стадию МП изменялась от τ=16 мкс (при интенсивности падающей СВЧ волны S=2,5 кВт/см²) до τ=0,5 мкс (при S=40 кВт/см²). Пороговая энергетическая характеристика перехода от стадии ВЭЭР к стадии МП, определяемая как (S-S₀)×τ≈0,02 Дж/см², является постоянной величиной в интервале интенсивностей СВЧ излучения от 2,5 кВт/см² до 40 кВт/см². На стадии микроволнового пробоя на поверхности кристалла KBr наблюдаются также микроплазменные разряды в виде ярко светящихся точек, располагающихся на поверхности кристалла. С помощью цифровой фотокамеры высокого пространственного разрешения обнаружена пространственная локализация микроплазменных разрядов. Анализ фотоизображений разрядов на кристалле показал, что микроплазменные разряды локализуются в русле канала пробоя и на концах микротрещин в приповерхностных слоях кристалла. Эти микротрещины возникают вследствие сильных температурных градиентов на поверхности кристалла, взаимодействующего с микроволновыми разрядами [3].

1. 
   Г.М. Батанов, В.А. Иванов, М.Е. Коныжев. и др. Письма в ЖТФ, 1993. Т. 19. № 20. С. 4245.
   
2. 
   Г.М. Батанов, В.А. Иванов, М.Е. Коныжев. Письма в ЖЭТФ, 1994. Т. 59. В. 10. С. 655658.
   
3. 
   V.A. Ivanov and M.E. Konyzhev . In book: Strong Microwaves in plasmas. Ed. A.G. Litvak. V.2. P.684-692. Nizhny Novgorod-2003. ISBN 5-8048-0039-X.