Микроволновая диагностика плазмы в последние годы получила широкое распространение. Классический газовый разряд и изучение ионосферы, управляемый синтез лёгких ядер и двигатели космических ракет, плазменные антенны и МГД-генераторы — вот далеко не полный перечень тех областей современных исследований, в которых используются микрорадиоволны для изучения свойств и параметров плазмы.

Столь широкое распространение этот метод получил по ряду причин, в частности из-за его бесконтактности, т. е. его использование не приводит к изменению свойств и параметров измеряемой плазмы, а также потому, что он позволяет получить такие обширные сведения об исследуемом объекте, как, пожалуй, ни один другой метод. Действительно, микроволновая диагностика обеспечивает измерение плотности электронов во времени, её распределения в пространстве, величины частот соударений электронов с нейтральными или заряженными частицами, спектр излучения спокойной плазмы для оценки её температуры, позволяет определять турбулентное состояние, исследовать спектр колебаний, присутствующих в плазме, и многое другое.

Это качество — определённая универсальность микроволновой диагностики — обусловлено физическими свойствами плазмы. Плазма — весьма сложный объект исследований. Это среда с сильно выраженными дисперсионными свойствами, изотропная в свободном пространстве и анизотропная в магнитном поле, в ряде условий обладающая нелинейными характеристиками, её свойства в определённых случаях зависят от граничных условий. Для описания свойств плазмы применяется очень сложный математический аппарат. Измерение параметров такой среды всегда связано с необходимостью толкования результатов отсчётов тех или иных регистрирующих приборов и по возможности достаточного чёткого представления об условиях измерений и их влияний на получаемые результаты.

Таким образом, постановка микроволновых измерений несомненно требует от физика-экспериментатора определённого уровня знания теории распространения электромагнитных колебаний в плазме и техники микрорадиоволн, а также учёта конкретных условий измерений с точки зрения их влияния на получаемые результаты.

До сих пор сведения, необходимые для правильной постановки той или иной микроволновой диагностики, рассеяны по значительному числу монографий и журнальных статей. Теория распространения радиоволн в плазме рассмотрена в превосходных книгах: В. Л. Гинзбург «Распространение радиоволн» (М., Гостехиздат, 1960); В. П. Силин и А. А. Рухадзе «Электромагнитные свойства плазмы и плазмоподобных сред» (Атомиздат, 1961). Вопросы физики и техники микроволновой диагностики плазмы изложены в обзорах М. Д. Райзера и И. С. Шпигеля [«Успехи физ. наук», 64, 641 (1958)] и В. Е. Голанта [«Ж. теор. физ.», 30, 1265, (1960)], а также в книгах В. Д. Русанова «Современные методы исследования плазмы» (Госатомиздат, 1962); А. В. Чернетского, О. А. Зиновьева, О. В. Козлова «Аппаратура и методы плазменных исследований» (Атомиздат, 1965) и некоторых журнальных статьях.

Предлагаемый читателю перевод книги «Микроволновая диагностика» известных американских специалистов М. А. Хилда и С. В. Уортона излагает физические основы и технику эксперимента.

Первые шесть глав посвящены вопросам распространения радиоволн в плазме, причём в пяти излагается теория этого вопроса.

В первой главе рассматривается хорошо известная теория Апплтона-Хартри распространения волн, включая и эффекты, связанные с движением тяжёлых ионов. В последующих двух главах анализируется роль процессов соударений, и в частности кулоновских. В четвёртой и пятой главах — обсуждение распространения волн в ограниченной и пространственно неоднородной плазмах. В пятой главе рассмотрено поведение плазмы в резонаторах и волноводах и влияние краевых условий. Шестая глава посвящена обсуждению активных методов диагностики.

В седьмой и восьмой рассмотрены вопросы излучения плазмы, обусловленного тепловыми и нетепловыми процессами, а также вопросы практического применения радиометрической техники для определения её параметров. Девятая глава посвящена описанию соответствующей микроволновой техники, и, наконец, в десятой главе приведён обзор других методов диагностики плазмы.

В книгу включены два приложения, в которых излагается сводка данных по распространению электромагнитных волн в диэлектриках и основные сведения о тензорах и матрицах. Книга снабжена очень большой библиографией.

В работе использованы единицы в системе МКС. Нам казалось нецелесообразным менять применяемую авторами систему единиц, равно как и принятые ими обозначения векторного и скалярного произведений. Мы надеемся, что книга окажется полезной широкому кругу учёных и инженеров, работающих в различных областях науки и связанных с исследованием плазмы.

ОТ РЕДАКТОРА

Книги на ту же тему

1. Труды ФИАН; Т. 203. Рентгеновская диагностика лазерной термоядерной плазмы, Склизков Г. В., ред., 1990
2. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы, Голант В. Е., 1968
3. Методы исследования плазмы: Спектроскопия, лазеры, зонды, Лохте-Хольтгревен В., ред., 1971
4. Внутрирезонаторная лазерная диагностика плазмы, Климчицкая Г. Л., Полушкин И. Н., Свириденков Э. А., 1994
5. Современные методы исследования плазмы, Русанов В. Д., 1962
6. Спектроскопия плазмы с квазимонохроматическими электрическими полями, Окс Е. А., 1990
7. Диагностика плотной плазмы, Басов Н. Г., Захаренков Ю. А., Рупасов А. А., Склизков Г. В., Шиканов А. С., 1989
8. Рассеяние электромагнитного излучения в плазме, Шеффилд Д., 1978
9. Волны в магнитоактивной плазме, Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1970
10. Распространение электромагнитных волн в плазме, Гинзбург В. Л., 1960
11. Волны в магнитоактивной плазме. — 2-е изд., перераб., Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1975
12. Волны в анизотропной плазме, Эллис В., Буксбаум С., Берс А., 1966
13. Теория распространения радиоволн в ионосфере, Гинзбург В. Л., 1949
14. Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
15. Волны и взаимодействия в плазме твёрдого тела, Платцман Ф., Вольф П., 1975
16. Физика высокотемпературной плазмы, Саймон А., Томпсон У., 1972
17. Взаимодействие сильных электромагнитных полей с плазмой, Геккер И. Р., 1978
18. Многоволновые процессы в физике плазмы, Куклин В. М., Панченко И. П., Хакимов Ф. Х., 1989
19. Генерирование и усиление дециметровых и сантиметровых волн, Хольман Г., 1948
20. Основы физики плазмы, Голант В. Е., Жилинский А. П., Сахаров И. Е., 1977
21. Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, Кремерс Д., Радзиемски Л., 2009