научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

CARIDI F. — 2015 г.

A nanosecond pulsed Nd:YAG laser, operating at the fundamental wavelength of 1064 nm and at an intensity of about 1010 W/cm2, was employed to irradiate hydrogenated polymers in vacuum. The produced plasma was characterized in terms of thermal and Coulomb interactions evaluating the equivalent temperature and the acceleration voltage developed in the non-equilibrium plasma core. Particles emission along the normal to the target surface was investigated by measuring, with the mass quadrupole spectrometer Hiden EQP 300, ion energy distributions and fitting experimental data with the “Coulomb-Boltzmann-shifted” function. Time- of-flight technique was employed in order to measure the proton energy and yield. A comparison between experimental results is presented and discussed, with a special regard to the protons emission.

BULANOV S.V., ESIRKEPOV T. ZH., KANDO M., KOGA J., KONDO K., KORN G. — 2015 г.

We discuss the ways towards modeling of astrophysical processes and extreme field regimes with super-power lasers. The main attention we pay to the problem of limited similarity in using the dimensionless parameters characterizing the processes in the laser and astrophysical plasmas. As the most typical examples, we address the magnetic reconnection and collisionless shock waves relevant to the problem of ultrarelativistic particle acceleration. In the extreme field limits we consider the regimes of dominant radiation reaction, changing the electromagnetic wave-matter interaction. In these regimes it, in particular, results in a new powerful source of ultra high brightness gamma-rays and will make possible electron-positron pair creation in vacuum in a multi-photon processes. This will allow modeling under terrestrial laboratory conditions the processes in astrophysical objects and paves the way to experimental verifications using ultra intense lasers as they are currently developed within the ELI project.

КУЗНЕЦОВ В.И., ЭНДЕР А.Я. — 2015 г.

Предлагается аналитический метод исследования нестационарных процессов в бесстолкновительной одномерной ограниченной плазме - Q, G -метод. Получены формулы для функции распределения заряженных частиц, вылетевших с границы и движущихся без столкновений в нестационарном электрическом поле произвольного вида. Выявлены и изучены характерные свойства этой функции.

ARIF F., HANIF M., SALIK M. — 2015 г.

In this research work we present the spectroscopic studies of the carbon (C) plasma produced by the first (1064 nm) and second (532 nm) harmonics of a Q-switched Nd: YAG (Quantel Brilliant) pulsed laser having pulse duration of 5 ns and 10 Hz repetition rate which is capable of delivering 400 mJ at 1064 nm, and 200 mJ at 532 nm using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The laser beam was focused on target material (100% Carbon) by placing it in air at atmospheric pressure. The experimentally observed line profiles of five neutral carbon (C I) lines at 247.85, 394.22, 396.14, 588.95, and 591.25 nm were used to extract the electron temperature ( T e) using the Boltzmann plot method and determined its value 9880 and 9400 K respectively for fundamental and second harmonics of the laser. Whereas electron density ( N e) has been determined from the Stark broadening profile of neutral carbon line at 247.85 nm. The values of N e at a distancemm from the target surface, for the fundamental laser with pulse energy 130 mJ and second laser withpulse energy 72 mJ are 4.68 × 1017 cm-3 and 5.98 × 1017 cm-3 respectively. This extracted information about T e and N e is useful for the deposition of the carbon thin films using the pulsed laser deposition technique (PLD). Moreover, both plasma parameters ( T e and N e) have also been calculated by varying distance from the target surface along the line of propagation of plasma plume and also by varying the laser irradiance.

ЗАХАРОВ В.Ю., СТЕПАНОВ С.Е., ЧЕРНОВА Т.Г. — 2015 г.

Рассматриваются волны малой амплитуды в бесстолкновительной замагниченной плазме в рамках одножидкостной анизотропной магнитной гидродинамики, учитывающей анизотропию давления и теплового потока. Анализируется устойчивость однородного состояния плазмы на основе дисперсионного уравнения 8-й степени. Получены ограничения на параметры однородного состояния, при которых дисперсионное уравнение не имеет комплексных корней при любом значении угла между волновым вектором и невозмущенным магнитным полем. Используемый метод позволяет также определять типы волн, приводящие к неустойчивости.

АЛЕКСЕЕВ А.Г., КУКУШКИН А.Б., КУКУШКИН А.С., ЛИСГО С.В., НЕВЕРОВ В.С. — 2015 г.

Предложен алгоритм восстановления эффективных температур атомов водорода (и его изотопов) в пристеночном слое плазмы токамаков по контуру спектральной линии бальмер-альфа в случае его существенной спектральной асимметрии. Алгоритм использует параметризацию асимметрии контура линии, основанную на нелокальности проникновения нейтралов водорода со стенки в плазму. Точность алгоритма проверена на примере данных моделирования кодом EIRENE функции распределения по скоростям нейтралов дейтерия в пристеночной плазме, использующего исходные данные об основной плазменной компоненте на квазистационарной стадии индуктивного режима работы ИТЭР, рассчитанные кодом SOLPS4.3 (B2-EIRENE).

ГОЛОВЧАНСКАЯ И.В., ИЛЬЯСОВ А.А., КОЗЕЛОВ Б.В., МОГИЛЕВСКИЙ М.М., ЧЕРНЫШОВ А.А. — 2015 г.

ГРИГОРЕНКО Е.Е., ЗЕЛЕНЫЙ Л.М., МАЛОВА Х.В., МАЛЫХИН А.Ю. — 2015 г.

Рассмотрен эффект влияния продольной компоненты магнитного поля, направленной вдоль тока в токовом слое (ТС) хвоста магнитосферы Земли, и усиленной вблизи его нейтральной плоскости, на неадиабатическую динамику ионов при их взаимодействии со слоем. Результаты моделирования движения неадиабатических ионов в заданных магнитных конфигурациях, аналогичных наблюдаемым в ТС магнитосферного хвоста спутниками CLUSTER, показали, что при наличии в ТС некоторой начальной величины продольной компоненты магнитного поля, наблюдается асимметрия “север-юг” в отражении/преломлении неадиабатических ионов при их взаимодействии со слоем. Наличие данной асимметрии способствует формированию дополнительной системы противоположно направленных токов, текущих в северной и южной частях плазменного слоя (ПС) в плоскостях тангенциальных плоскости ТС и в направлениях, перпендикулярных направлению тока в ТС. Формирование такой токовой системы, возможно, ответственно за усиление и дальнейшее поддержание продольной компоненты магнитного поля вблизи нейтральной плоскости ТС. Возможность реализации данного сценария подтверждается результатами анализа структуры ТС и динамики ионов, выполненного для 17 интервалов пересечения ТС спутниковым квартетом CLUSTER, во время которых наблюдались колоколообразные пространственные распределения продольной компоненты магнитного поля, обусловленные ее возрастанием вблизи нейтральной плоскости ТС.

ЕСЬКИН В.А., ЗАБОРОНКОВА Т.М., КУДРИН А.В., ОСТАФИЙЧУК О.М. — 2015 г.

Исследуется каналированное распространение азимутально-симметричных волн, направляемых цилиндрическими дактами плотности в магнитоактивной плазме в нерезонансной области свистового диапазона частот. Показано, что собственные моды, существующие на рассматриваемых частотах в дактах с повышенной плотностью, допускают упрощенное описание, значительно облегчающее анализ особенностей их каналированного распространения. Приведены результаты расчетов дисперсионных характеристик и структуры поля свистовых мод, поддерживаемых такими дактами.

КОСТЫРЯ И.Д., ТАРАСЕНКО В.Ф. — 2015 г.

Проведены эксперименты по генерации пучка убегающих электронов и рентгеновского излучения в воздухе атмосферного давления при большой (~0.5 мкс) длительности фронта импульса напряжения. Показано, что применение катода с малым радиусом кривизны уменьшает интенсивность пучка убегающих электронов и рентгеновского излучения. Установлено, что при высоких амплитудах напряжения на промежутке ( U m ~100 кВ) пробой промежутка, образование искрового канала и генерация пучка убегающих электронов происходят за время не более 10 нс. За анодом при высоких U m, что достигалось за счет увеличения размеров катода и зазора между электродами, зарегистрирован сверхкороткий лавинный электронный пучок со сравнительно короткой длительностью импульса на полувысоте (до ~100 пс). При напряжениях ~50 кВ обнаружен второй режим пробоя промежутка, в котором зарегистрирован пучок убегающих электронов с длительностью импульсов на полувысоте ~2 нс. Показано, что длительность импульса рентгеновского излучения в этом режиме возрастает до ~100 нс на полувысоте. Установлено, что энергия основной части убегающих электронов при увеличении фронта импульса напряжения уменьшается, и составила в первом режиме≤30 кэВ, а во втором ≤10 кэВ.

ЛЕЛЕВКИН В.М., СМИРНОВА Ю.Г., ТОКАРЕВ А.В. — 2015 г.

Разработан гибридный плазмохимический реактор, на основе барьерного разряда в трансформаторе. Определены характеристики реактора в зависимости от параметров барьерного разряда.

АГАФОНОВ А.В., ГОРДАН П.А., ИВАНЕНКОВ Г.В., КАХИЛЛ А.Д., МИНГАЛЕЕВ А.Р., ПИКУЗ С.А., РОМАНОВА В.М., СТЕПНИЕВСКИ В., ТИЛИКИН И.Н., ХАММЕР Д.А., ХОЙТ К.Л., ШЕЛКОВЕНКО Т.А. — 2015 г.

Проведены экспериментальные и численные исследования динамики новой разновидности пинчевых объектов – гибридных X-пинчей. Начальная конфигурация гибридных X-пинчей (ГХП) представляет собой сильноточный диод с коническими вольфрамовыми электродами, разделенные зазором порядка 1–3 мм, соединенным проволочкой диаметром 20–100 мкм. В предыдущих работах было показано, что при более простой, по сравнению со стандартным Х-пинчем, начальной конфигурации, в ГХП также образуется горячая точка с высокими параметрами плазмы. В настоящее время все детали динамики ГХП не изучены, но основные факторы, влияющие на их формирование, были выяснены как в экспериментах, так и в МГД-расчетах. Экспериментально и теоретически исследовано формирование специфического профиля давления приэлектродной плазмы, происходящее после взрыва проволочки. Показано, что его воздействие на расширяющуюся плазму проволочки является важным фактором, позволяющим объединить стандартный и гибридный X-пинчи в общий класс нагрузок импульсных устройств. Также установлена практическая идентичность финальных процессов формирования и параметров горячих точек стандартных и гибридных Х-пинчей.

БЫЧЕНКОВ В.Ю., КОВАЛЕВ В.Ф. — 2015 г.

Построено аналитическое решение задачи Коши для кинетического уравнения для ионов, описывающее их радиальное ускорение под действием пондеромоторной силы лазерного пучка, распространяющегося каналированно в прозрачной плазме. Для осесимметричной геометрии лазерно- плазменного канала получены временные и пространственные зависимости функции распределения ионов и найдены их интегральные характеристики, такие как плотность, средняя скорость и энергетический спектр. Для квазистационарного лазерного пучка аналитически описаны формирование пика плотности у границы канала и эффект опрокидывания ионного потока.

ИВАНОВ А.А., МАРТЫНОВ А.А., МЕДВЕДЕВ С.Ю., ПОШЕХОНОВ Ю.Ю. — 2015 г.

В МГД-теории плазмы в токамаках давление плазмы обычно считается изотропным. Однако нагрев плазмы с помощью инжекции нейтрального пучка и ВЧ-нагрев могут приводить к сильной анизотропии плазменных параметров и вращению плазмы. Теория МГД-равновесия с учетом инерции плазмы и анизотропии давления начала разрабатываться уже достаточно давно, но до последнего времени она не была последовательно применена в вычислительных кодах для инженерных расчетов равновесия и эволюции плазмы в токамаке. В данной статье приведен подробный вывод уравнения равновесия осесимметричной плазмы в самом общем виде (с произвольным вращением и анизотропным давлением); представлена специализированная версия кода SPIDER и предложен оригинальный метод расчета равновесий с анизотропным давлением при заданном профиле фактора запаса устойчивости. Также приводятся примеры расчетов и обсуждаются полученные результаты

КОПНИН С.И., МОРОЗОВА Т.И., ПОПЕЛЬ С.И. — 2015 г.

Рассмотрен механизм формирования неоднородностей концентраций электронов и ионов в запыленной ионосфере в результате развития модуляционного взаимодействия электромагнитных волн, связанного с возбуждением возмущений, имеющих частоты в области пылевых звуковых волн. Получена оценка неоднородностей концентраций электронов на основе вычислений, проведенных для случая монохроматических спектров электромагнитного излучения нагревных стендов на высотах 80 км и 100 км. Показана возможность возбуждения достаточно интенсивных неоднородностей электронной и ионной концентраций (δne(i) ne(i) ≈ 0.05) на высотах 80-100 км в результате развития модуляционного взаимодействия. Определены диапазоны применимости приведенного в работе метода.

ДРЕВАЛЬ Н.Б. — 2015 г.

Объем вакуумной камеры торсатрона У-3М порядка 70 м3, а объем плазмы около 0.3 м3. Наличие огромного буферного объема, которым является камера, формирует существенный поток нейтралов в плазму У-3М. Часть этого потока сталкивается с винтовыми проводниками торсатрона, расположенными перед плазмой. Это модифицирует динамику поступления нейтралов в плазму. Путем численных расчетов оценена экранировка потока молекул из буферного объема камеры в область плазмы. Только порядка 10% налетающего потока попадает в плазменный объем. Оценки показывают, что порядка 20% атомов вылетает из области, ограниченной винтовыми проводниками, без столкновения с ними. В этих условиях винтовые проводники оказывают существенное влияние на поток нейтралов. Рассмотрен режим горячей плазмы малой плотности, создаваемый рамочной антенной. В этом режиме рассчитано пространственное распределение молекулярной концентрации, создаваемой потоком молекул из буферного объема камеры, проходящим через винтовые проводники. Рассмотрен вклад потоков, рожденных на боковой и внутренней поверхностях винтовых проводников. Расчеты показывают, что форма пространственного распределения молекулярной концентрации существенно отличается от формы магнитных поверхностей.

АСЮНИН В.И., ДАВЫДОВ С.Г., ДОЛГОВ А.Н., ПШЕНИЧНЫЙ А.А., ЯКУБОВ Р.Х. — 2015 г.

С целью управления режимом протекания разряда малогабаритный управляемый разрядник был помещен во внешнее однородное магнитное поле. В магнитном поле столь простой пространственной конфигурации оказалось возможным подавить эффект локализации области протекания коммутируемого тока при многократном повторении рабочего цикла разрядника.

БОЛДАРЕВ А.С., БОЛХОВИТИНОВ Е.А., ВИЧЕВ И.Ю., ВОЛКОВ Г.С., ГАСИЛОВ В.А., ГРАБОВСКИЙ Е.В., ГРИЦУК А.Н., ДАНЬКО С.А., ЗАЙЦЕВ В.И., НОВИКОВ В.Г., ОЛЕЙНИК Г.М., ОЛЬХОВСКАЯ О.Г., РУПАСОВ А.А., ФЕДУЛОВ М.В., ШИКАНОВ А.С. — 2015 г.

Описаны методики и результаты исследований спектрального состава излучения сильноточных Z-пинчей, значительно отличающихся по атомному составу. C целью охвата широкого спектрального диапазона ( Е ν = 30-3000 эВ) применялись две диагностические методики: пропускающая решетка и отражающий кристалл слюды. Характеристики излучения определяются атомным составом пинча: при токах 2-3 МА для легких материалов (Al) “жесткий” край излучения имеет линейчатый вид с ярко выраженными К-линиями, тогда как для тяжелых материалов (W) спектрсосредоточен в более “мягкой” области энергий квантов и имеет квазинепрерывный характер. С целью определения параметров плазмы использовались два метода обработки полученных спектров. Параметры Al-плазмы определялись традиционными методами по отношению интенсивности К-линий Al с учетом прозрачности плазмы для квантов данной энергии. Спектры W-плазмы сравнивались с результатами моделирования процесса сжатия пинча, которое, наряду с магнитоти-дродинамическими, включали процессы излучения плазмы. Применимость данных методов спектрального анализа обсуждается.

ЗЕЛЕНЫЙ Л.М., МАЛОВА Х.В., ПОПОВ В.Ю., УЛЬКИН А.А. — 2015 г.

Земная магнитосфера - открытая динамическая система, постоянно взаимодействующая с солнечным ветром - потоком плазмы от Солнца. Некоторые плазменные процессы в ней носят взрывной, спонтанный характер, другие развиваются достаточно медленно по сравнению с характерными временами движения плазменных частиц в ней. Крупномасштабный токовый слой в хвосте магнитосферы, как в спокойные периоды времени, так и во время геомагнитных возмущений, может находиться в почти равновесном состоянии, а происходящие с ним изменения можно считать квазистатическими. Таким образом, при некоторых условиях токовый слой магнитосферного хвоста может быть описан как плазменная равновесная система. Ее состояние зависит от разнообразных параметров, в частности, определяющих динамику заряженных частиц. Выделив основные управляющие параметры, можно провести исследование структуры и свойств токового равновесия. Настоящая работа посвящена самосогласованному моделированию равновесного тонкого токового слоя (ТТС) плазменного хвоста магнитосферы Земли, толщина которого сопоставима с ионным гирорадиусом. Исследование зависимости структуры ТТС от параметров, характеризующих динамику частиц и геометрию магнитного поля - основная цель данной работы. Построена численная гибридная самосогласованная модель ТТС, в которой натяжение магнитных силовых линий уравновешивается инерцией ионов, движущихся через слой. Динамика ионов рассматривается в квазиадиабатическом приближении, а движение электронов - в приближении проводящей жидкости. В зависимости от величин параметра адиабатичности, определяющего характер движения частиц плазмы, и безразмерной нормальной компоненты магнитного поля рассмотрены следующие сценарии: А) параметр адиабатичности пропорционален энергии частиц; ; Б) энергия частиц фиксирована, при этом параметр адиабатичности пропорционален. Исследована структура токового слоя и динамика частиц в нем в зависимости от изменения параметров и и динамика частиц в нем в зависимости от изменения параметров. Показано, что в первом сценарии с ростом параметра адиабатичности толщина токового слоя уменьшается вследствие уменьшения гирорадиусов ионов. Соответственно уменьшается радиус кривизны магнитных силовых линий, а это приводит к росту вклада дрейфовых электронных токов вблизи нейтральной плоскости. Численными расчетами продемонстрировано, что токовые равновесия могут существовать в области. При вклад электронных дрейфовых токов в полную плотность тока много больше по сравнению с вкладом ионов; движение последних приобретает хаотический характер. При еще бóльших значениях параметра равновесных решений в рамках данной одномерной модели не найдено. Таким образом, значение параметра оказалось верхней границей применимости квазиадиабатической модели токового слоя. В сценарии Б изменение параметра в сторону увеличения приводит к появлению в токовом слое большого количества квазизахваченных ионов, вследствие чего токовый слой утолщается, а амплитуда плотности тока уменьшается. В результате равновесные решения существуют в гораздо более узкой параметрической области. Обсуждаются последствия существования параметрических границ равновесных решений для ТТС в реальных геомагнитных условиях.

ОЧКИН В.Н. — 2015 г.

Анализируется точность абсорбционных измерений концентраций частиц в выделенном квантовом состоянии в зависимости от величины поглощения света объектом. Рассматриваются погрешности, связанные с конечной точностью при реальных измерениях интенсивности света, проходящего через среду при наличии шумов различной природы в детектируемом сигнале. Указываются оптимальные значения величин поглощения и факторы умножения погрешностей при отступлении от них.