Волновод плазменный - искусственное или естественное плазменное образование с
неоднородным профилем диэлектрич. проницаемости, один из размеров к-рого значительно
больше других. В плазме при определ. условиях может образоваться канал, по к-рому
происходит направленное распространение эл--магн. энергии. Плазменный волновод - разновидность
волновода диэлектрического.
Плазменные волноводы могут быть со свободной границей (плазменный цилиндр,
удерживаемый магн. давлением, ионосферные слои) или жёсткой (плазменный
цилиндр, заполняющий стеклянную трубку, плазма твёрдых тел). Плотность
плазмы в плазменном волноводе может быть постоянной (однородный плазменный волновод) или переменной, обычно убывающей
от центра к краям (неоднородный плазменный волновод). Плазменные волноводы
используют для транспортировки эл--магн. энергии в плазме, изучения свойств и нагрева плазмы, измерения её
параметров, ускорения
заряж. частиц. Плазменный волновод - основа плазменных генераторов и усилителей (см.
Плазменная электроника).
Поскольку фазовая скорость
эл--магн. волн в плазменном волноводе зависит от их поперечных размеров и может стать заметно
меньшей скорости света с в вакууме, волны эффективнее взаимодействуют
с заряж. частицами и между собой, чем в неогранич. плазме. В плазменном волноводе
могут распространяться объёмные волны,
лишь незначительно отличающиеся от объёмных волн в неогранич. плазме, и
поверхностные, являющиеся характерной особенностью плазменных волноводов.
Поверхностные
волны могут существовать на границе плазмы с вакуумом, диэлектриком и проводником
(металлом). Частота со поверхностной волны на границе однородной полуограниченной
плазмы с диэлектриком (диэлектрич. проницаемость )
в отсутствие пост, магн. поля лежит в интервале 0 <<
, где -ленгмюровская
частота (см. Ленгмюровские волны).
Диэлектрич. проницаемость
плазмы e при этом отрицательна:
Это - медленная эл--магн.
волна ( < с),
имеющая компоненты электрич. поля вдоль направления распространения и по нормали
к границе. Её фазовая скорость
. Частота наз.
верхней граничной частотой поверхностной волны. Важной характеристикой поверхностной
волны является глубина проникновения h поля в плазму - расстояние по
нормали к границе, на к-ром поле убывает в е раз. Если h порядка
поперечных размеров плазменного волновода, то собств. частота
зависит от них. Так, напр., в узком цилиндрич. плазменном волноводе (,
R -радиус, -длина
волны) частота .
В более сложных случаях
(неизотермич. плазма, наличие пост. магн. поля H0)частота
может зависеть от температуры плазмы и H0.
В неоднородных по сечению плазменных волноводах собств. частота объёмной волны, зависящей от плотности частиц, изменяется
вдоль её градиента. Такая волна может не распространяться. Частота поверхностной
волны вполне определена и даже при сильном изменении градиента плотности изменяется
слабо, поскольку является интегральной, а не локальной (как для волн объёмных)
характеристикой. Так, напр., частота волны узкого цилиндрич.
плазменного волновода с произвольным
по радиусу профилем плотности определяется приведённой выше ф-лой, но в
должна входить средняя по сечению волновода плотность.
Затухание волн в однородных плазменных волноводах определяется столкновениями частиц и затуханием .Столкновит.
затухание практически одинаково и в плазменных волноводах, и в неогранич. плазме.
Затухание поверхностных волн может быть значительно больше, чем объёмных при тех
же условиях, что связано с сильной неоднородностью поля поверхностных волн у
границы. В плазменных волноводах с размытыми границами появляется дополнит. затухание поверхностных
волн. Поскольку частота поверхностных волн меньше
в однородной плазме, то в переходной области всегда найдётся точка у0,
в к-рой . В окрестности
этой точки поверхностная волна возбуждает ленгмюровскую, а сама затухает.
A. H. Кондратенко