До следующей пучности, где электроны будут тормозится? То есть вам нужно рассчитать, с какой амплитудой могут колебаться электроны между соседними пучностями, стоя при этом в среднем на месте. В ускорителях пучки частиц разгоняют бегущей электромагнитной волной, подбирая правильные частоты и фазы, чтобы частицы разгонялись на большом расстоянии полёта, находясь всюду в правильном фазовом соотношении с волной. Такую правильную волну считают численно, насколько я знаю. Но у вас одна фиксированная частота - можно оценить на бумажке.
А, у вас же плазма, поэтому длина свободного пробега электронов у вас гораздо меньше расстояния между пучностями стоячей волны?
-- добавлено через 11 минут --
Wonagarus в сообщении #1736970
писал(а):
и объёме зоны 0.1 см³
Мне сложно представить стоячую волну частоты 2.45 ГГц в таком объёме.
Спасибо за ответ! Вы абсолютно правы насчёт длины свободного пробега — в плазме при атмосферном давлении она составляет микроны. То есть электрон не летит от пучности к пучности, он колеблется локально в максимуме поля, набирает энергию между столкновениями и ионизирует молекулы.
По поводу того, что электрон в стоячей волне тормозится — да, если он свободен. Но в плотной плазме (с частыми столкновениями) он теряет направленный импульс при ударе, и в следующий полупериод поля снова разгоняется. В этом режиме стоячая волна работает как локальный «пресс» для электронов.
И самый главный ваш вопрос — про объем 0.1 см³ для частоты 2.45 ГГц. Вы правы, в пустом волноводе такая волна туда не влезет (λ = 12.2 см). Но в конструкции, которую я прикладывал на картинке, внутри керамических трубок расположены наклонные металлические жалюзи.
Это классическая замедляющая структура (slow-wave structure). Она снижает фазовую скорость волны и уменьшает эффективную длину волны (λ_eff) до единиц миллиметров. Благодаря этому стоячая волна формируется прямо в объеме трубки. Собственно, наклон этих жалюзи и позволяет управлять фазовой скоростью и двигать пучность.
Насколько критичны в такой замедляющей структуре омические потери на металлических жалюзи? И не будет ли поле концентрироваться на краях жалюзи, вызывая там локальные микропробои раньше, чем в центре трубки?
https://yapx.ru/album/eVkQA-- добавлено через 4 минуты --Тут же не вода, а пар. Ионизуется просто полем (см. СВЧ-разряд).
Совершенно верно! Спасибо, что уточнили этот момент. Я именно об этом и говорю: прямое фотонное ионизирование (как в рентгене или УФ) здесь не работает. Работает чисто лавинный механизм в электрическом поле (СВЧ-разряд), но не в жидкой воде, а именно в газовой среде (перегретый пар).
В жидкой воде из-за высокой плотности и высокой диэлектрической проницаемости электрон просто не успеет набрать энергию между столкновениями. А вот в паре (газовой среде) длина свободного пробега достаточная, чтобы СВЧ-поле разогнало электроны до энергий ионизации.
Чтобы этот разряд зажигался стабильно при относительно небольшой мощности (200 Вт), я как раз и заложил в конструкцию УФ-подсветку зоны ионизации через кварц. УФ-кванты дают ту самую первичную «затравку» (свободные электроны), а дальше СВЧ-поле уже разгоняет их и запускает лавину. Без внешней затравки при 200 Вт мы можем просто не дождаться случайных электронов от космических лучей, а с УФ — процесс инициируется стабильно.
Раз уж вы подтвердили механизм, у меня к вам вопрос как к специалисту: у паров воды очень высокое сродство к электрону (электроотрицательность, образование тяжелых ионов OH-). Как это на практике влияет на порог пробоя пара по сравнению с сухим воздухом или аргоном? Насколько сложнее «разогнать» лавину в паре?
-- добавлено через 2 минуты --А зачем все эти хитрости? Не проще ли прогонять пар мимо рентгеновской трубки? Вот вам и ионизация.
Технически вы абсолютно правы — рентгеновское излучение отлично ионизирует пар. Именно так работают ионизационные камеры.
Но в этом и кроется проблема, от которой я как раз ухожу своей конструкцией. Вся суть патента и идеи — создать безопасный, мобильный и дешевый генератор холодной плазмы.
Если я беру рентгеновскую трубку, я автоматически получаю:
Питание в десятки киловольт (вместо моих 24 вольт).
Необходимость тяжелой свинцовой защиты от радиации (какой медпункт или фермер захочет такое в кабинете или в коровнике?).
Огромное энергопотребление и высокую стоимость.
А главное — рентген дает разреженную ионизацию (отдельные выбитые электроны). Для медицинской обработки ран и обеззараживания мне нужна плотная низкотемпературная плазма (поток радикалов, озона, активных частиц), которая получается именно за счет лавинного СВЧ-разряда. Рентген мне такую плотность не даст, а СВЧ-волна на резонансе — даст.
Так что хитрости с жалюзи и резонатором нужны именно для того, чтобы получить плотную плазму от безопасной батарейки на 24В.
-- добавлено через 7 минут --Я отвечу чуть позже, сейчас занят. Тут еще такая засада. Энергия ионизации воздуха 14 эв, и "зазор" всего 2 эв, а если начнет ионизироваться воздух, то беда будет. Я эту беду наблюдал, когда боец пробил гвоздем волновод РЛС. Подробности здесь.
Спасибо за отклик и за прикрепленный обзор Райзера!
Я прочитал этот раздел (про то, как винтик в волноводе вызывает пробой при 0.25 кВт). И да, я понимаю, что для РЛС это «беда», потому что плазма начинает отражать СВЧ и волновод выгорает.
В моей заявке на изобретение (я не буду выкладывать все детали, пока не получен патент, чтобы не убить новизну) как раз решается задача удержания этого процесса в контролируемых рамках. В формуле указано, что мы ионизируем среду (водяной пар), когда поле превышает порог ионизации, но остается ниже порога формирования дугового разряда.
Чертеж, который я прикладывал — это лишь внешняя геометрия сведения трех волн под 120 градусов для создания интерференционной картины. Внутренняя начинка (как именно мы удерживаем пучность и не даем полю «схлопнуться» в дугу) — это пока мое ноу-хау.
Вопрос к вам как к специалисту по СВЧ: если мы уберем кислород и оставим только перегретый пар (12 эВ), это сильно облегчит зажигание лавины, или вода, наоборот, будет слишком сильно «связывать» электроны (из-за высокого сродства к электрону) и потребует даже большего поля, чем для сухого воздуха?
-- добавлено через 5 минут --Это уже проникающее излучение, другие нормы по защите от него. А ТС хочет сделать в СВЧ, на повсеместно доступных магнетронах (относительно безопасно -- от киловаттов мощности защищают тонкие стенки бытовых микроволновок, ну и недорого).
Вы абсолютно правы, спасибо, что поняли суть задачи!
Именно поэтому рентгеновская трубка для моей задачи — это тупик. Рентген хорош для диагностики (томографы), но для массового медицинского или сельскохозяйственного прибора он не годится: это радиационная безопасность, санитарные зоны, свинцовые экраны и бешеная стоимость.
Моя цель — именно дешевый, безопасный и мобильный аппарат. Поэтому я и закладываюсь на СВЧ (2.45 ГГц) и твердотельные генераторы (или доступные магнетроны) с питанием от 24 вольт. В бытовой микроволновке стоят точно такие же магнетроны, и от них спокойно защищают тонкие стенки и сетка на дверце.
То есть я иду не по пути «создать мега-ускоритель», а по пути «сделать рабочую лошадку», которую можно поставить в районной больнице или в коровнике, и которая будет безопасна для персонала. А хитрости с интерференцией нужны как раз для того, чтобы зажечь плазму на этих низких мощностях, не переходя в опасный дуговой пробой.
