资源描述：
《电子回旋共振微波等离子体及其在材料科学中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、------------------------------------------------------------------------------------------------电子回旋共振微波等离子体及其在材料科学中的应用施 昌 勇(北京服装学院基础部 100029) 低气压、低温放电方面的一个重要的最新进展是电子回旋共振(ECR)放电。这种技术首先是在核聚变研究中发展起来的。最初,它被用于磁镜实验装置产生和加热等离子体,后来,又被发展成为托卡马克、串级磁镜等聚变装置实验中进行等离子体加热的主要手段之一,即电子回旋共振加热(ECRH)。目前,这一高技术已被移植到各种低温等
2、离子体应用之中,显示了蓬勃的生命力。电子回旋共振微波等离子体是指:当输入的微波频率ω等于电子回旋共振频率ωce时,微波能量可以共振耦合给电子,获得能量的电子电离中性气体,产生放电。电子回旋频率为ωce=eB/m,e和m为电子电荷及其质量,B是磁场强度。我们通过调节磁场位形,使得这个条件在放电室某一体积或表面积中得到满足,即ω=ωce。在磁场中,电子通过共振吸收机制获得能量,从而电离或激发中性粒子。这种放电可以在低气压下进行。通过改变放电气压、气体流量、磁场形态和输入微波功率可以获得参数满足需要的等离子体。ECR等离子体的物理研究工作包括微波在等离子体中的传播和吸收的基本物理过程,等离子体的
3、电磁约束和稳定的特性等。这些研究工作目前已经卓有成果,现在主要是进行ECR等离子体的应用研究。件失效或烧毁;当微波照射功率密度达到10～100W/cm2时,高频——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------率微波辐射形成的瞬变电磁场可一、ECR微波等离子体技术的特点在等离子体应用技术中,可以定义能量活性系数ε=(Ei+Eo)/Ei其中E是碰撞离子能量,Eo是中性粒子能量。
4、随着离化率及等离子体密度的提高,能量活性系数可以大大提高,从而增加了等离子体的强化作用。于是,寻求高离化率、大面积均匀、高密度的等离子体产生技术并将其应用于材料表面改性过程是科学工作者多年来追求的目标。传统的低气压、低温等离子体是在气压范围从1Pa到100Pa的气体中进行直流、微波或射频放电产生。直流放电首先被研究和应用,但直流放电等离子体是有极放电,而且密度低、电离度低、运行气压高,这就限制了其应用的广泛性。随后,人们又开发出射频放电、微波放电等离子体技术,它们都是无极放电,产生的等离子体密度比辉光放电要高,因而获得较广泛的应用。一般的微波放电是在以放电室壁为边界的有限体积中进行的。实际
5、的放电壁可以是导电的波导壁,也可以是由能透射微波的材料(如石英玻璃)构成的谐振腔壁。它有一个出口,以便激发态或带电的粒子通过这个出口扩散到处理区。等离子体包含电子、离子和中性粒子3种成分,对于稳定放电它们各自的密度应当是空间位置的函数。维持放电的微波能量可用一变化的电场表示:波的强度和能量密度要比雷达微波高几个数量级,它产生的纳秒级脉冲的频带达到数千兆,远超过吸波涂层的带宽,足以抵消这种隐身——————————————————————————————————————---------------------------------------------------------------
6、---------------------------------效果,轻者可以使机毁人亡,重者甚至可以使武器即刻熔化。微波武器有一系列的优点,如近于全天候的运用能力;波束比较宽,对波束的瞄准没有太高的要求,可以同时杀伤多个目标。微波武器类似于雷达系统,只不过具有更高的功率,因此有可能设计出一种系统,让其首先探测和跟踪目标,然后提高功率杀伤目标,并且全部以光速进行。因此可以预见,微波武器将成为21世纪的太空武器。?35?使金属表面产生感应电流,通过天线、导线、电缆和各种开口或缝隙耦合到卫星、导弹、飞机、舰艇、坦克、装甲车辆等内部,破坏传感器和电子元器件等各种敏感元件。5.攻击隐身武器。隐身
7、武器除了具有独特的外形以减少雷达反射波之外,更重要的是采取吸波材料,吸收雷达要探测的电磁波。如美国的B22隐身轰炸机和F2117A隐身战斗机等不仅机体采用吸波材料,而且机体表面也涂有吸波涂料。高频率微15卷4期(总88期)E(r)=E(r0)exp[i(k?r-ωt)]当微波频率足够高时,主要吸收机制只考虑电场对电子所作的功,电场对离子的作用可忽略。微波能量耦合有无稳态磁场和存在稳态磁场两种情况。1.无稳态磁场的情况这种
