Нелинейная динамика микроволнового разряда

Свободно локализованный высокочастотный разряд, возникающий в газе под действием мощного сфокусированного излучения, является новым своеобразным объектом нелинейной физики и в то же время представляет большой интерес для разнообразных приложений (источники многозарядных ионов и рентгеновского излучения, плазменные технологии обработки и создания материалов, плазменные антенны, накачка газовых лазеров, генерация терагерцового излучения и др.).

С момента своего создания ИПФ РАН является одним из ведущих центров по изучению разрядных явлений в волновых пучках. Здесь под руководством В. Б. Гильденбурга и А. Г. Литвака в 70–80-е гг. были выполнены теоретические и экспериментальные исследования, в которых решен ряд важных общих вопросов нелинейной динамики микроволнового разряда и, по существу, заложены основы соответствующего нового научного направления в нелинейной электродинамике и физике газоразрядной плазмы.

В частности, на основе проведенных группами А. Л. Вихарева и С. В. Голубева экспериментальных исследований были определены основные типы механизмов распространения разряда и формирующихся в нем структур в зависимости от давления газа и интенсивности СВЧ-излучения. На основе полученных экспериментальных результатов была построена теория ионизационных неустойчивостей разряда, определяющих его мелкомасштабную структуру, и развиты представления о нелинейном самоограничении плотности плазмы в разряде, позволяющие рассчитывать параметры его глобальных (крупномасштабных) структур (В. Б. Гильденбург, А. В. Ким, В. Е. Семенов). В ИПФ был также впервые предсказан эффект адиабатического повышения частоты мощного СВЧ-импульса, ионизующего при своем распространении окружающую среду. Полученные теоретические результаты использовались для интерпретации экспериментов, проводившихся во многих лабораториях как в России, так и за рубежом. В настоящее время ряд понятий и представлений, выработанных при исследовании разрядных явлений в полях СВЧ-диапазона, с успехом перенесен в оптический диапазон и используется при описании нелинейной динамики мощных лазерных импульсов.

Накопленный опыт фундаментальных исследований успешно использован в ряде научно-технических разработок института: создание газоразрядных переключателей в системах компрессии мощных микроволновых импульсов, разработки ЭЦР-источников многозарядных ионов и интенсивных источников мягкого рентгеновского излучения на базе гиротронов миллиметрового диапазона, создание реакторов для выращивания алмазных пластин, предложения по использованию наносекундных разрядов в атмосфере для восстановления озона в локальных озонных дырах. В настоящее время в ИПФ РАН созданы также надежные пакеты программ для расчета электрической прочности современных систем связи и успешно развиваются исследования мультипакторного разряда, возникающего в вакуумных системах транспортировки СВЧ-излучения за счет вторичной электронной эмиссии с поверхности металлических стенок и выходных диэлектрических окон.