Первая в мировой научной литературе монография по сверхвысокочастотному пробою в газах и плазме. Эта проблема имеет важное значение для радиотехники и электроники, физики ускорителей, в различных космических и геофизических исследованиях.

Теоретические расчёты носят направленный прикладной характер, доведены до расчётных формул. Результаты расчётов всюду сопоставляются с экспериментальными данными, обсуждаются методы измерений и границы применимости теории.

Материал изложен последовательно, в простой форме, благодаря чему книга доступна как физикам, так и инженерам, желающим разобраться в физике этого явления и овладеть методами расчёта пробоя.

Предлагаемая вниманию читателей книга А. Д. Мак-Доналда является четвёртой из серии книг по физике плазмы, выпущенных издательством «Джон Вилей энд Санс» (в США) под редакцией проф. С. Брауна [две другие книги из этой серии уже вышли в русском переводе: М. Xилд и С. Уортон, Микроволновая диагностика плазмы, Атомиздат, 1968; И. Мак-Даниель, Процессы столкновений в ионизованных газах, Мир, 1967; перевод третьей книги (Бекефи, Радиационные процессы в плазме) готовится к изданию]. Девизом авторов книг этой серии являются полнота и доступность изложения для лиц с высшим техническим образованием. В настоящее время физика плазмы изучается не только в лабораториях академических институтов и университетов — она стала рабочим инструментом многих разделов техники. Трудно себе представить современную радиоэлектронику, радиотехнику без физики плазмы. Физика плазмы — необходимый элемент космических исследований, ускорительной техники, не говоря уже о проблемах управляемого термоядерного синтеза и прямого превращения тепловой энергии в электрическую. Роль физики плазмы в дальнейшем ещё более возрастёт, так как для современной физики и техники характерно исследовать вещество в предельных состояниях: при сверхбольших плотностях и сверхвысоких температурах или, наоборот, при сверхнизких плотностях. Обычно в таких условиях вещество находится в состоянии плазмы.

Всё это привлекает к проблемам физики плазмы возрастающее число инженеров и учёных разных специальностей. Именно для такого читателя и издаётся упомянутая серия книг. В частности, всё сказанное относится и к настоящей книге, предлагаемой вниманию наших читателей. В этой книге систематически и на простом уровне изложена физика сверхвысокочастотного пробоя в газах. Читатель найдёт здесь всё, что необходимо, чтобы разобраться в методах расчёта пробоя, а также в физических явлениях, сопутствующих разряду. Очень подробно разбирается методика эксперимента. Автор рассказывает обо всём, что связано с сверхвысокочастотным пробоем, не предполагая у читателя никакой специальной подготовки. Большая часть книги посвящена расчётам и сравнению с экспериментом, поэтому в каждой главе обсуждаются как экспериментальные, так и теоретические вопросы. Специальная глава под названием «Экспериментальные методы» на самом деле посвящена не только некоторым специфическим особенностям высокочастотной и высоковакуумной систем для изучения пробоя, но также приближённым инженерным расчётам высокочастотной системы, необходимым для того, чтобы получить данные о пробое.

На первый взгляд СВЧ пробой в газах — не столь большой вопрос физики плазмы, чтобы ему посвящать отдельную книгу. Но на самом деле этот «небольшой» вопрос очень важен для многочисленных приложений, так как сверхвысокочастотный диапазон волн используется во многих разделах физики и техники. Основная часть книги посвящена изучению пробоя в водороде и некоторых инертных газах и смесях. Для разобранных случаев получается превосходное согласие между теорией и экспериментом. Высокая точность, в частности, достигнута для специально подобранных газов или смесей (например, для смеси ртути и гелия). В общем случае расчёт может быть сделан лишь по порядку величины. Основной, очень полезный вывод автора, имеющий значение в общем случае, — это возможность рассчитать пробойные поля, если с той или иной степенью точности вычислить характерную диффузионную длину.

В книге проведены довольно точные расчёты этого параметра для некоторых специальных случаев. Читатель должен рассматривать их как примеры использования метода, который в принципе может быть применён и к более сложным случаям, если не стремиться к особой точности. Автор убедительно показывает, что физическая картина пробоя, положенная в основу расчёта, правильна, и это самое важное.

Из применений автор подробно рассматривает только один вопрос, а именно сверхвысокочастотный пробой в атмосфере. Нет необходимости подчёркивать важность этого примера. Номограммы, построенные автором, позволяют определить условия пробоя в атмосфере практически при любых условиях. Автор очень кратко и несколько поверхностно рассматривает два других важных применения теории СВЧ пробоя. Это, во-первых, пробой в фокусе лазера и пробой вблизи космического корабля или спутника, спускающегося на Землю. При этом автор, по-видимому, стремится прежде всего показать, что общие представления и развитые расчёты сверхвысокочастотного поля можно применять для грубых оценок в таких случаях, когда, строго говоря, они неприменимы, и тем не менее получать разумные значения параметров пробоя. Наконец, совсем мало места посвящено сложному и интересному явлению пробоя в магнитном поле (гл. 6). Оно не рассматривается во всех деталях. Автор только показывает, что развитая в книге теория применима и к пробою в магнитном поле, если ввести новое определение эффективного электрического поля и характерной диффузионной длины, которая теперь будет зависеть от направления. Сверхвысокочастотный пробой часто происходит вдали от стенок, и это даёт основание автору не исследовать пристеночные явления и тем самым существенно упростить теорию. Однако для практиков, работающих с СВЧ установками, это, конечно, является недостатком книги, который только частично может быть восполнен при чтении работ, посвящённых пробою в постоянных полях.

Как во всякой книге, посвящённой конкретным лабораторным исследованиям и методам расчёта, переводчикам и редактору пришлось встретиться с английским лабораторным жаргоном, который они попытались передать общепринятым русским научным языком. Конечно, не всегда это удалось. Во всяком случае, мы старались без необходимости не вводить новые термины, а когда для одного и того же термина имеется несколько русских эквивалентов, позволили себе положиться на собственный вкус. Так, в книге широко используется термин «пробойные поля», ещё совсем недавно употреблявшийся только в лаборатории, который мы предпочли термину «пробивные поля», использованному в переводе книги Г. Ретера (Электронные лавины и пробой в газах, Мир, 1968). Мы использовали также термин «сечение передачи импульса» вместо «сечение переноса импульса», использованного в упомянутой выше книге Мак-Даниеля. Здесь мы воспользовались термином из классической книги Г. Месси и Е. Бархопа (Электронные и ионные столкновения, ИЛ, 1958). Другие термины очевидны и не требуют пояснений.

Перевод книги выполнили М. М. Савченко (гл. 1—3, 8) и А. Г. Франк (гл. 4—7).

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
М. С. Рабинович

Книги на ту же тему

1. Электронные лавины и пробой в газах, Ретер Г., 1968
2. Частично ионизованные газы, Митчнер М., Кругер Ч., 1976
3. Физика и химия газовых разрядов в пучках СВЧ-волн, Коврижных Л. М., ред., 1994
4. Физика плазмы (стационарные процессы в частично ионизованном газе): Учебное пособие для вузов, Синкевич О. А., Стаханов И. П., 1991
5. Физика импульсного пробоя газов, Королев Ю. Д., Месяц Г. А., 1991
6. Электроизоляция и разряд в вакууме, Сливков И. Н., 1972
7. Вакуумные дуги: Теория и приложения, Кобайн Д., Эккер Г., Фаррелл Д., Гринвуд А., Харрис Л., 1982
8. Высокочастотный ёмкостный разряд: Физика. Техника эксперимента. Приложения: Учебное пособие: Для вузов, Райзер Ю. П., Шнейдер М. Н., Яценко Н. А., 1995
9. Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена, Жуков М. Ф., ред., 1977
10. Генераторы плазменных струй и сильноточные дуги, Рутберг Ф. Г., ред., 1973
11. Природа шаровой молнии, Сингер С., 1973
12. Итоги науки и техники: Электроника. Том 17, 1985
13. Ускорители заряженных частиц, Воробьёв А. А., 1949
14. Пучки убегающих электронов и разряды на основе волны размножения электронов фона в плотных газах, Яковленко С. И., ред., 2007
15. Горячие электроны и сильные электромагнитные волны в плазме полупроводников и газового разряда, Басс Ф. Г., Гуревич Ю. Г., 1975
16. Плазменные ускорители и ионные инжекторы, Козлов Н. П., Морозов А. И., ред., 1984
17. Плазменная электроника: Сборник научых трудов, Курилко В. И., ред., 1989
18. Неустойчивости и турбулентность в низкотемпературной плазме, Артёмов В. И., Левитан Ю. С., Синкевич О. А., 1994
19. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы, Голант В. Е., 1968
20. Основы физики процессов в устройствах с низкотемпературной плазмой, Недоспасов А. В., Хаит В. Д., 1991
21. Низкотемпературная плазма. Т. 17: Электродуговые генераторы термической плазмы, Жуков М. Ф., Засыпкин И. М., Тимошевский А. Н., Михайлов Б. И., Десятков Г. А., 1999
22. Сверхвысокочастотные приборы с периодическими электронными потоками, Кураев А. А., 1971
23. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме, Полак Л. С., ред., 1965