Исследование плазмы

Численное и экспериментальное исследование динамики образования СВЧ-разряда с безыскровой лазерной инициацией

М. Е. Ренев, Ю. В. Добров, Н. Д. Осипов, Р. С. Хоронжук, И. Ч. Машек, В. А. Лашков

Санкт-Петербургский государственный университет

Аннотация: Разработка, усовершенствование и научное исследование плазменного управления сверхзвуковыми потоками при обтекании тел являются актуальной задачей. Один из способов осуществить такое управление – это использование СВЧ-излучения с получением плазмы. Но при этом возникают проблемы: зависимость от появления редких электронов (осечки, смещение), долгий переход к филаментной фазе, высокий расход мощности излучения при высоких давлениях (и вхолостую до появления филамента). Известно, что лазерная инициация решает указанные проблемы СВЧ-плазмы. Однако недостаточно исследована динамика зажигания и развития СВЧ-разряда с лазерным следом без искры. В рамках данной работы проводится численное моделирование зажигания подкритического СВЧ-разряда $($СВЧ-поле – $2.0$ кВ/см, частота – $9.6$ ГГц, длина импульса – $2.5$ мкс$)$ при лазерном импульсе $(100$ мДж, длительность – $10$ нс, $532$ нм$)$ без лазерной искры в рамках модели плазмы, в том числе учитывающей лазерное воздействие на среду, плазму и возникающие газодинамические процессы. Проведено сравнение с экспериментом, выполненным в камере Эйфеля $(40$–$75$ Торр, $29$ К$)$ с магнетроном МИ-$505$ и лазером Quantel Evergreen-$200$. Проверка (время зажигания, теневая съемка) показала хорошие результаты. Разряд зажигается без осечек из-за прогрева СВЧ-полем лазерного следа с крайне быстрым (сотни нс) достижением высоких температур $(1500$–$6000$ К$)$ и разрежением в следе $($в $5$–$10$ раз$)$. Такая новая разновидность плазмы потенциально перспективна для плазменного управления сверхзвуковым потоком.

УДК: 533.9

Поступила в редакцию: 02.08.2024
Исправленный вариант: 16.10.2024
Принята в печать: 03.12.2024

DOI: 10.31857/S0040364425020016