научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

АЛТУХОВ А.Б., ГУРЧЕНКО А.Д., ГУСАКОВ Е.З., ЕСИПОВ Л.А., КАНТОР М.Ю., КУПРИЕНКО Д.В., ЛАШКУЛ С.И., СЕЛЮНИН Е.П., СТЕПАНОВ А.Ю. — 2013 г.

В эксперименте на токамаке ФТ-2 было исследовано влияние на спектры дрейфовой турбулентности изменения ключевого для низкочастотной коротковолновой турбулентности параметра – ионно-звукового ларморовского радиуса s, определяющего положение максимума инкремента дрейфовой неустойчивости по полоидальным волновым числам. С этой целью в водородную плазму осуществлялся напуск гелия, приводящий, согласно измерениям, к изменению электронной температуры на периферии плазмы. С помощью корреляционной диагностики усиленного рассеяния при этом была подтверждена универсальность экспоненциальной формы спектров турбулентности по радиальным волновым числам q, а также существенное превышение ее характерного масштаба L над ларморовским ионно-звуковым радиусом. Это превышение достигало на периферии разряда 3–5 раз при низкой электронной температуре, по-видимому, из-за роста диссипации дрейфовых волн при их каскадной перекачке в короткие масштабы.

АНЦИФЕРОВ П.С., ДОРОХИН Л.А. — 2013 г.

Работа посвящена наблюдению и изучению свойств цилиндрических ударных волн, генерируемых при развитии быстрого разряда (dI/dt 1012 A/с) внутри керамической трубки (Al2O3), заполненной аргоном при давлении 100 и 300 Па. Ударная волна возникает на внутренней стенке изолятора, движется к оси разряда со скоростью порядка (3–4) ? 106 см/с с последующей кумуляцией. Плазма за фронтом достаточно прогрета для излучения в вакуумно-ультрафиолетовой (ВУФ) области, что делает возможным изучение ее структуры с помощью камеры – обскуры с регистратором на микроканальной пластине. Кадровое временное разрешение системы регистрации составляло 10 нс. Анализ ВУФ-спектров плазмы показывает, что электронная температура плазмы за фронтом ударной волны составляет величину порядка нескольких эВ, после момента кумуляции ее температура возрастает до значений 20–30 эВ.

ИГНАТОВ А.М. — 2013 г.

Обсуждается устойчивость распределения заряда по поверхности проводящего тела в движущейся плазме. На примере пластины конечной ширины, обтекаемой холодным компенсированным электронным потоком, показано, что электрически нейтральное тело может быть неустойчиво относительно возникновения спонтанной поляризации. Определены параметры плазмы, при которых возникает неустойчивость, частота и инкремент основной моды.

ПУСТОВИТОВ В.Д. — 2013 г.

Предложен метод анализа устойчивости запертых и вращающихся винтовых мод, взаимодействующих с резистивной стенкой вакуумной камеры, resistive wall mode, в токамаках. Основой метода являются соотношения, описывающие баланс энергии, вытекающей за пределы области, ограниченной стенкой вакуумной камеры. Это естественное расширение традиционного энергетического подхода к задачам устойчивости плазмы, позволяющее включить в рассмотрение поток энергии наружу (отсутствующий в классическом энергетическом принципе) и ее диссипацию в стенке. Предлагаемый метод охватывает запертые и вращающиеся моды с комплексным инкрементом. Его эффективность доказана выводом общего дисперсионного соотношения для таких мод, из которого затем получены частные следствия для медленных и быстрых RWM. Показано, что в последнем случае, когда толщина скин-слоя становится меньше толщины стенки, вращение моды существенно усиливает ее затухание, ослабляя и даже подавляя неустойчивость. Этот эффект был ранее обнаружен с использованием плоской модели [Pustovitov V. D. Phys. Plasmas. 2012. V. 19. 062503]. Здесь он подтвержден на основе уравнений для тороидальной геометрии, полученных как дополнение к стандартному энергетическому принципу. Представленные результаты предсказывают сильную вращательную стабилизацию быстрых RWM, которая достигается при частоте вращения моды выше критической. Получены оценки, позволяющие сравнить эти предсказания с экспериментальными результатами.

БАКШТ Е.Х., БУРАЧЕНКО А.Г., КОСТЫРЯ И.Д., РЫБКА Д.В., ТАРАСЕНКО В.Ф. — 2013 г.

Исследовано влияние конструкции катода на энергию основной группы электронов при субнаносекундном пробое в воздухе атмосферного давления. Измерения энергии электронов проводились с помощью времяпролетного спектрометра с пикосекундным временным разрешением. Показано, что при увеличении радиуса кривизны катода энергия основной группы электронов увеличивается. С использованием фильтров из алюминия толщиной 400–650 мкм установлено, что электроны с наибольшими энергиями регистрируются при импульсах напряжения с резким спадом и амплитудах импульса напряжения меньших максимальных. Генерация электронов с наибольшими энергиями происходит с большей пространственной и амплитудной нестабильностью, чем генерация электронов со средней энергией.

БАТАНОВ Г.М., БОРЗОСЕКОВ В.Д., КОЛИК Л.В., КОНЧЕКОВ Е.М., МАЛАХОВ Д.В., ПЕТРОВ А.Е., САРКСЯН К.А., САХАРОВ А.С., СКВОРЦОВА Н.Н., СТЕПАХИН В.Д., ХАРЧЕВ Н.К. — 2013 г.

При электронно-циклотроном нагреве плазмы на второй гармонике гирочастоты электронов на стеллараторе Л-2M обнаружен эффект отражения излучения мощного гиротрона от области электронно-циклотронного нагрева, расположенной в центре плазменного шнура. При этом величина коэффициента отражения составляет порядка 10-3. В полноволновой одномерной модели рассчитана величина коэффициента отражения необыкновенной волны от области электронно-циклотронного резонанса на второй гармонике гирочастоты электронов. Установлено совпадение по порядку величины измеренных и рассчитанных значений коэффициента отражения.

MISHRA M.K., PHUKAN A. — 2012 г.

This paper reports about the bi-Maxwellian nature of electrons in a filament discharge plasma that exist in a suitable working pressure range. The plasma is produced within a multidipole magnetic cage with a stainless steel mesh grid connected at one end of the cage. The variation in electron energy, plasma potential and electron energy probability function are studied by applying different bias voltage to the magnetic cage, mesh grid and the filaments. It is observed that the electron energies are highly influenced by the bias applied to the magnetic cage and the filaments. The plasma potential is found to be mostly affected by the cage bias voltage. A plane Langmuir probe is used to estimate the plasma parameters.

ASADUZZAMAN M., MAMUN A.A. — 2012 г.

The linear propagation of the dust-acoustic (DA) waves in a nonuniform adiabatic dusty plasma, which consists of inertialess adiabatic electrons, inertialess adiabatic ions, and inertial negatively charged dust by taking into account the effects of polarization force, is theoretically investigated. It is found that the linear dispersion properties of the DA waves are significantly modified by the dust density nonuniformity, adiabaticity of electrons and ions, and the effects of the polarization force. It is shown that the phase speed of the DA waves is increased with the increase of adiabaticity of electrons and ions but decreased with the increase of the effects of polarization force. It is also shown that the dust density is enhanced with the increase of adiabatic index but depleted with the increase of polarization force. The scenarios relevant to dust-ion plasma in space environments are briefly addressed.

AL-JAWAADY Y.A., ALI Z.T., AZOOZ A.A. — 2012 г.

In this work, experimental results on the behavior of air glow dc discharge column radio frequency antenna are presented. The effect of the discharge conditions on the loop antenna gain at five radio frequencies of 9.3, 10.0, 13.6, 16.5, and 19.1 MHz are studied. Increases in the loop antenna gain of up to 5 db are observed. The increase in gain is observed to rise with increased plasma density at the onset of the discharge approaching a saturation limit as the plasma density is increased further.

MISHRA M.K., PHUKAN A. — 2012 г.

The principal feature of this experiment is the of electron showers consisting of three tungsten wire embedded by the plasma, which are heated up consequently emitting electrons inside the diffused plasma to control the plasma parameters in the discharge section of a double plasma device. These cold electrons emitted by the heated filament are free from maintenance of discharge which is sustained in the source section. The target plasma, where electrons are injected is produced as a result of diffusion from the source section. It is found that, plasma density and plasma potential can be effectively controlled in this way.

БАБИЧ Л.П., БОЧКОВ Е.И., ДОНСКОЙ Е.Н., КУЦЫК И.М. — 2012 г.

Выполнены аналитические оценки и численные расчеты для проверки концепции лабораторного эксперимента по демонстрации лавины убегающих электронов (УЭ) и пробоя воздуха на УЭ при высоких перенапряжениях. Оценки показали невозможность развития лавины УЭ в рамках рассматриваемого лабораторного эксперимента. Наблюдавшийся в лабораторном эксперименте сильно выраженный “хвост” пикосекундного импульса УЭ, интерпретируемый как инициируемая первичным пиком импульса лавина УЭ, в численном эксперименте выражен крайне слабо. В лабораторном эксперименте могла наблюдаться только начальная стадия лавины УЭ, но, согласно результатам численного моделирования, доля УЭ в ней слишком мала по сравнению с количеством электронов в первичном пике, чтобы вторичные УЭ существенно влияли на развитие пробоя.

ГУСЬКОВ С.Ю., ЗМИТРЕНКО Н.В. — 2012 г.

Работа посвящена исследованию быстрого зажигания предварительно сжатого термоядерного горючего мишени инерциального синтеза гидродинамическим потоком вещества. С этой целью рассматривается модельная система гидродинамических объектов в виде центрального дейтерий-тритиевого (DT) шара и концентрической с ним сферической двухслойной оболочки, разделенных вакуумным промежутком. Внешний слой оболочки представляет собой слой аблятора, внутренний – слой DT-льда. Образование зажигающего гидродинамического потока происходит в результате ускорения и сжатия оболочки к центру системы (имплозии) под действием лазерного импульса. Выполнена серия одномерных численных расчетов сжатия оболочки, ее соударения с DT-шаром, генерации и распространения волн термоядерного горения в обеих частях системы. Развиты аналитические модель имплозии тонкой оболочки на центральный шар произвольного радиуса, содержащий однородное вещество заданной плотности, и модель инициирования и распространения термоядерной волны, инициируемой в результате такой имплозии. Приложение полученных результатов к имплозии сегмента сферической оболочки в коническом канале показывает возможность быстрого зажигания сферической мишени инерциального синтеза от конической мишени при воздействии на последнюю лазерного импульса с энергией 500–700 кДж.

ДЕРБЕНЕВ И.Н., ДЯТКО Н.А., ФИЛИППОВ А.В. — 2012 г.

В приближении ограниченных орбит проведены расчеты заряда пылевых частиц в плазме тлеющего разряда в инертных газах и азоте в диапазоне значений приведенного электрического поля E/N = 1–20 Тд. В расчетах использовались функции распределения электронов по энергии (ФРЭЭ), полученные различными путями: численным решением уравнения Больцмана с учетом процессов упругого и неупругого рассеяния электронов; из аналитического решения уравнения Больцмана с учетом только процессов упругого рассеяния и, для азота, возбуждения вращательных уровней; в приближении, что ФРЭЭ является максвелловской. В последнем случае в качестве температуры электронов использовалась либо характеристическая энергия электронов, либо средняя энергия, умноженная на две трети. Показано, что расчеты с использованием максвелловской ФРЭЭ дают более высокие значения заряда, чем с функцией, полученной путем решения уравнения Больцмана. Определены диапазоны значений E/N, в которых для расчета заряда допустимо использование аналитических выражений для ФРЭЭ, полученных при учете только упругого рассеяния и возбуждения вращательных уровней. Исследовано влияние вида ФРЭЭ на экранирование заряда пылевых частиц в плазме. Показано, что дебаевский электронный радиус экранирования при использовании максвелловского распределения электронов оказывается меньше, чем с ФРЭЭ, полученной путем численного решения уравнения Больцмана.

АБД АЛЬ-ХАЛИМ М.А., АБУ-ХАШЕМ А., РАШЕД У.М., ХАССУБА М.А., ЭЛЬ-БРУЛСИ Р.А. — 2012 г.

Тлеющий разряд плоскопараллельной геометрии зажигался в азотно-водородной смеси (N2 H2) при токах 10 и 20 мА. Измерена функция распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) для различных концентраций водорода. В области положительного столба ФРЭЭ оказалась максвелловской, в то время как в областях катодного падения и отрицательного свечения, наблюдается немаксвелловская ФРЭЭ. Для измерения распределений плотности плазмы и электронной температуры вдоль разряда при различных давлениях газа и концентрациях водорода использовались ленгмюровские зонды. Обнаружено, что электронная температура возрастает с увеличением концентрации H2 и убывает с увеличением расстояния от катода и давления газовой смеси. С увеличением расстояния от катода, плотность ионов сперва убывает, в то время как плотность электронов возрастает. При дальнейшем приближении к аноду, плотности электронов и ионов остаются примерно постоянными. При разных концентрациях H2 плотности электронов и ионов убывают с увеличением давления смеси. Плотности как электронов, так и ионов слабо убывают с увеличением концентрации H2.

ГОСПОДЧИКОВ Е.Д., ХУСАИНОВ Т.А., ШАЛАШОВ А.Г. — 2012 г.

Рассмотрены особенности линейного взаимодействия обыкновенной и необыкновенной электромагнитных волн в электронном циклотронном диапазоне частот в неоднородной плазме, удерживаемой в тороидальной магнитной ловушке. Сформулированы укороченные волновые уравнения, учитывающие кривизну поверхностей отсечки в тороидальной геометрии. На их основе проведен анализ распределения волновых полей в области трансформации, предложен метод пересчета квазиоптических пучков, проходящих через область линейного взаимодействия мод.

КУКУШКИН А.Б., МИНАШИН П.В., ПОЛЕВОЙ А.Р. — 2012 г.

Возможная значимость электронного циклотронного излучения в локальном электронном энергобалансе в стационарных режимах работы токамака ИТЭР с высокими температурами и токамака-реактора ДЕМО потребовала более детального расчета одномерного, по магнитным поверхностям, распределения мощности результирующих потерь на это излучение, PEC( ). При повышении температуры в центре плазмы до 30 кэВ локальная мощность электронных циклотронных потерь становится немалой в сопоставлении с нагревом термоядерными альфа-частицами и почти сравнивается с дополнительным нагревом плазмы нейтральным пучком, PEC(0) 0.3P (0) Paux(0). В работе дано обобщение модели, описывающей перенос электронного циклотронного излучения в осесимметричной тороидальной плазме, на случай неоднородного магнитного поля, B(R, Z). Влияние неоднородности магнитного поля на локальные и полные потери на такое излучение проанализировано с помощью кода CYNEQ. Показано, что для магнитного поля B, температуры электронов Te, плотности ne и коэффициента отражения от стенки, Rw, ожидаемых в ИТЭР и ДЕМО, точное моделирование потерь на циклотронное излучение требует самосогласованного полуторамерного моделирования (т.е. одномерного моделирования параметров плазмы и двумерного – равновесия). Показано, что электронный циклотронный перенос с достаточной точностью описывается в 1D приближении полного магнитного поля, получаемом усреднением 2D поля по магнитной поверхности, B( ) = B(R, Z) ms. Это позволяет значительно сократить расчетное время при 1.5D самосогласованном моделировании переноса. Дано сравнение расчетов кодом CYNEQ с имеющимися результатами других численных кодов: RAYTEC, EXACTEC и CYTRAN для различных аппроксимаций магнитного поля.

ЛЕБЕДЕВ Ю.А., ЮСУПОВА Е.В. — 2012 г.

Методом эмиссионной спектроскопии проведено исследование влияния постоянного электрического поля на приповерхностную плазму электродного СВЧ-разряда при давлениях 1–5 Торр. Показано, что постоянное поле слабо влияет на колебательное распределение молекул азота в состоянии C3Пu, но изменяет структуру приповерхностной плазмы (вызывает смещение максимумов интенсивностей полос излучения), а также изменяет напряженность СВЧ-поля в приповерхностной области. Также обнаружена зависимость соотношения интенсивностей излучения полос второй положительной системы азота разных секвенций, излучаемых из одного и того же состояния, от положения вдоль оси разряда.

ГИРКА В.А., ГИРКА И.А., ПАВЛЕНКО И.В. — 2012 г.

Теоретически исследовано распространение пакета электромагнитных поверхностных волн с нулевым аксиальным волновым числом в цилиндрическом металлическом волноводе круглого сечения в диапазоне частот выше верхнего гибридного резонанса. Волновод частично заполнен плазмой и помещен в аксиальное магнитное поле. Поперечное сечение шнура плазмы полагалось отличным от круга. Влияние формы этого поперечного сечения на дисперсионные свойства азимутальных поверхностных мод изучено методом последовательных приближений. Поля и собственные частоты этих волн определены с точностью до слагаемых второго порядка малости по величине отклонения формы сечения плазмы от круга. Доказано, что поправка к частоте азимутальных поверхностных мод, обусловленная этой особенностью сечения плазменного шнура, возрастает с уменьшением величины внешнего магнитного поля и увеличением величины диэлектрической проницаемости диэлектрика, который отделяет плазму от металлической стенки волновода. Исследован спектральный состав волнового пакета, в виде которого распространяются данные моды. Установлено, что амплитуды сателлитных гармоник этих мод возрастают с увеличением плотности плазмы и уменьшением величины внешнего магнитного поля.

KУРСКИЕВ Г.С., TОЛСТЯКОВ С.Ю., КАДОМЦЕВ М.Б., КУКУШКИН А.Б., КУКУШКИН А.С., ЛЕВАШОВА М.Г., ЛИСИЦА В.С., МУХИН Е.Е. — 2012 г.

Проведены расчеты спектрального фона плазмы, актуального для томсоновской диагностики в диверторе ИТЭР. Разработаны теоретические основы расчета контуров водородных спектральных линий в инфракрасной области для условий диверторной плазмы в ИТЭР. Для различных хорд наблюдения в диверторе ИТЭР рассчитаны контуры пашеновской линии Р-7 (переход n = 7 n = 3), расположенной вблизи лазерного сигнала рассеяния. Проанализирован вклад различных механизмов уширения линии Р-7. Рассчитана спектральная интенсивность тормозного и фоторекомбинационного континуума. Все расчеты используют данные по пространственному распределению температур и плотностей всех сортов частиц плазмы, рассчитанных кодом SOLPS4.3 для базовых режимов работы дивертора ИТЭР.

БЕЛОВ А.С., КОМРАКОВ Г.П., МАРКОВ Г.А., ПАРРО М. — 2012 г.

В натурном эксперименте продемонстрирована возможность контролируемого возбуждения электромагнитных волн КНЧ–СНЧ-диапазона с помощью воздействия мощным КВ-радиоизлучением среднеширотного нагревного стенда “Сура” на плазму F2-области ионосферы. Возбуждаемые низкочастотные излучения могут быть использованы для диагностики околоземного пространства и стимулирования магнитосферного мазера.