научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

КАКУРИН А.М., ОРЛОВСКИЙ И.И. — 2004 г.

С помощью алгоритма обработки данных, основанного на понятии мгновенной частоты аналитического сигнала, демонстрируется особенность динамики тиринг-моды в токамаке, проявляющаяся в неравномерности ее вращения. Предлагается модель, описывающая тиринг-моду как объект управления с учетом воздействия внешнего квазистатического магнитного поля с соответствующей пространственной структурой. Показано хорошее согласие динамики модели с экспериментом по воздействию на тиринг-моду магнитного поля, создаваемого гало-током.

ФРОЛОВ А.А. — 2004 г.

Рассмотрено возбуждение квазистатических магнитных полей циркулярно поляризованным лазерным импульсом в плазменном канале. Показано, что круговое вращение плоскости поляризации лазерного излучения при наличии радиальной неоднородности плотности электронов плазмы приводит к появлению нелинейного азимутального тока и возбуждению радиальной и аксиальной компонент магнитного поля в квадратичном приближении по амплитуде электрического поля лазерного импульса. Для лазерного импульса умеренной интенсивности исследовано распределение магнитного поля в плазменном канале в зависимости от пространственных размеров импульса и ширины канала. Проанализирована структура магнитных полей в широком плазменном канале для лазерного импульса релятивистской интенсивности.

ВАГИН К.Ю., ОВЧИННИКОВ К.Н., СИЛИН В.П., УРЮПИН С.А. — 2004 г.

Дано кинетическое описание вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в пылевой плазме с отрицательно заряженными пылинками. Порог и ширина линии ВРМБ найдены как в пределе слабого, так и в пределе сильного затухания участвующих в рассеянии пылевых ионно-звуковых волн. Для различных механизмов диссипации пылевых ионно-звуковых волн установлены зависимости порога и ширины линии ВРМБ от заряда и плотности числа пылинок.

БЫЧЕНКОВ В.Ю., ВЕЙН Р., ДУДНИКОВА Г.И., КОВАЛЕВ В.Ф., КРАУЗЕ Х., МАКСИМЧУК А., МИМА К., МУРУ Ж., НЕМОТО К., НОВИКОВ В.Н., СЕНТОКУ Ю., ТОЛОКОННИКОВВ С.В., УМШТАДТЕР Д., ФЛИППО К., ШУЛЬЦ Д. — 2004 г.

Дан обзор большинства недавних достижений Центра ультрабыстрых оптических исследований (CUOS) Мичиганского университета в области генерации мультимэвных ионных пучков при взаимодействии коротких импульсов мощного лазерного излучения с интенсивностью в диапазоне от 10 17 до 10 19 Вт/см 2, сфокусированного на мишени из тонкой фольги. Исследовалась зависимость свойств ионного пучка от интенсивности и длины волны лазерного излучения и материала мишени. Изучалось также влияние нанесенного на мишень дополнительного сильнопоглощающего покрытия. Применение мишеней специальной формы позволяет управлять расходимостью протонного пучка и наблюдать ядерные превращения, индуцированные высокоэнергетичными протонами и дейтонами. Для моделирования процесса генерации энергетичных ионов используются качественные теоретические методы и численные расчеты методом частиц в ячейке с применением двумерных, полностью релятивистских моделей. Сравнение с экспериментальными данными проясняет такие детали, как форма энергетического спектра ионов для многокомпонентной плазмы, зависимость энергии ионов от пространственного масштаба предварительно созданной плазмы и толщины сверхплотной плазмы мишени, а также величина выхода генерируемых лазером изотопов. Дан теоретический прогноз применительно к задачам генерации ионов как на мощных лазерах с ожидаемыми в ближайшем будущем значениями энергий, так и на лазерной установке лабораторного масштаба с релятивистской интенсивностью, прототип которой уже используется в CUOS в режиме коротких импульсов с длительностью в несколько периодов и размером фокального пятна порядка одной длины волны.

АВЕРКОВ Ю.О., ЯКОВЕНКО В.М. — 2004 г.

Исследована генерация переходного излучения поверхностных электромагнитных волн нерелятивистским электронным сгустком, пересекающим границу вакуум-полупроводник, а также тонкую полупроводниковую пластинку в вакууме. Сгусток имеет вид эллипсоида вращения с равномерным распределением заряда по объему и движется вдоль нормали к границе раздела сред. При учете диссипации энергии излучения в полупроводнике показано, что спектр переходного излучения поверхностных волн имеет вид импульса, ширина которого соизмерима с его средней частотой. Установлено, что в обоих рассматриваемых случаях существуют такие значения размеров сгустка, при которых коэффициент полезного действия, равный отношению энергии излучения к кинетической энергии частиц сгустка, имеет максимум. Для тонкой полупроводниковой пластинки исследованы зависимости энергии излучения и коэффициента полезного действия от толщины пластинки при заданных размерах сгустка. Показано, что эти зависимости имеют максимум, наличие которого можно объяснить конкуренцией между ростом энергии излучения, связанным с увеличением области формирования излучения при увеличении толщины пластинки, и увеличением диссипативных потерь излучения внутри пластинки при увеличении ее толщины.

ДУБИНОВ А.Е., ЕФИМОВА И.А., МИХЕЕВ К.Е., СЕЛЕМИР В.Д., ТАРАКАНОВ В.П. — 2004 г.

Представлен обзор разработок и теоретических исследований принципиально нового класса СВЧ-генераторов - гибридных СВЧ-генераторов с виртуальным катодом (ВК), в которых объединены полезные качества ВК с качествами тех традиционных СВЧ-генераторов с допредельными пучками, которые дают высокий кпд при ультрарелятивистских энергиях электронов. Среди таких генераторов: гибридный дифракционный СВЧ-генератор с ВК, гибридный гироприбор с ВК, гибридный плазменно-пучковый виркатор, гибридный гирокон с ВК, гибридный черенковский генератор с ВК, гибридный СВЧ-генератор типа виркатор + ЛБВ, оригинальная двухпучковая лампа с ВК, клистроноподобный виркатор.

БЕРЛИН Е.В., ДВИНИН С.А., МИХЕЕВ В.В., ОМАРОВ М.О., СВИРИДКИНА В.С. — 2004 г.

В гидродинамическом приближении рассмотрена задача о распределении плотности плазмы в двумерно-неоднородном положительном столбе газового разряда низкого давления с учетом инерции ионов. Найдены точные решения для разряда в прямоугольной и цилиндрической разрядных камерах. Рассмотрены асимптотики решения вблизи начала координат и вблизи критической поверхности. Показано, что для потенциальных течений плазмы нормальная к границе составляющая скорости течения плазмы равна ионно-звуковой. Полученные результаты могут быть использованы при анализе процессов в плазмохимических реакторах низкого давления.

БУГРОВ А.Э., БУРДОНСКИЙ И.Н., ГАВРИЛОВ В.В., ГОЛЬЦОВ А.Ю., ДЕДОВА О.Л., ЖУЖУКАЛО Е.В., КОВАЛЬСКИЙ Н.Г., КОНДРАШОВ В.Н., ПЕРГАМЕНТ М.И., ПЕТРЯКОВ В.М., ФАСАХОВ И.К., ЯНКОВСКИЙ Г.М. — 2004 г.

Приводятся и обсуждаются новые результаты, полученные на установке “Мишень” в экспериментах по лазерному облучению низкоплотных пористых материалов. Для анализа физических процессов в пористых средах с различной микроструктурой и плотностью 1-30 мг/см 3, облучаемых лазерным пучком (λ = 1.054 мкм, τ = 3 нс, I = 10 13-10 14 Вт/см 2), использовался широкий набор оптических и рентгеновских диагностических средств. В зависимости от средней плотности, толщины и микроструктуры мишеней, а также угла падения лазерного пучка на образец, исследовались особенности поглощения и рассеяния лазерного излучения, а также процесса энергопереноса в пористых средах. Обнаружено существенное влияние микроструктуры (хаотической или квазиупорядоченной) материала на процесс образования и динамику плазмы, образующейся внутри облучаемых образцов, моделирующих компоненты перспективных мишеней, которые используются в исследованиях лазерного термоядерного синтеза.

КОНДРАШОВ В.Н. — 2004 г.

Представлены и проанализированы результаты спектрально-временных измерений гармоники 3ω 0/2, проведенных в экспериментах по облучению тонких прогорающих фольг лазерным импульсом при интенсивности ~10 14Вт/см 2. С помощью упрощенной модели, учитывающей детальный механизм генерации гармоники 3ω 0/2, оценены изменяющийся во времени масштаб неоднородности плотности и температура плазмы в области четверти критической плотности по измеренным расстоянию между спектральными компонентами и отношению их интенсивностей.

ГУРА П.С., ОЛЕЩУК О.В., СЫСУН В.И. — 2004 г.

Рассмотрена методика измерения концентрации электронов в плазме по динамической зондовой характеристике, осуществляемой подачей напряжения на зонд, находящийся под постоянным отрицательным напряжением, дополнительного прямоугольного отрицательного импульса или синусоидального напряжения большой частоты. Получены аналитические выражения для случаев выполнения для слоя “закона 3/2” и при его нарушении, когда напряжение изменяется за время, меньшее времени пролета ионом слоя. Проведено экспериментальное сравнение динамической и статической зондовых методик определения концентрации электронов.

АНДРЕЕВ С.Н., ГИСКО А.А., ГОЛУБЬ А.П., ЛОСЕВА Т.В., ПОПЕЛЬ С.И. — 2004 г.

Проводится анализ роли различных диссипативных процессов при возбуждении и распространении пылевых ионно-звуковых нелинейных возмущений в комплексной (пылевой) плазме. Для этой цели производится сравнение эффектов, описываемых в рамках полностью кинетического и гидродинамического описания пылевой плазмы для случая ионно-звуковых временных масштабов. Оказывается, что наиболее важными диссипативными процессами являются зарядка пылевых частиц, поглощение ионов и их импульса пылевыми частицами, затухание Ландау. Производится вывод декремента затухания пылевых ионно-звуковых волн на основе полностью кинетического описания комплексной плазмы, что позволяет устранить ранее имеющиеся противоречия в описании затухания Ландау в комплексной плазме. Сравнение роли диссипативных процессов производится для различных лабораторных экспериментов по пылевой плазме.

ВАН ВИ Д., КОССЫЙ И.А., СИЛАКОВ В.П., ТАКТАКИШВИЛИ М.И., ТАРАСОВА Н.М. — 2004 г.

Проведены экспериментальные исследования скользящего поверхностного разряда, возбуждаемого вдоль многоэлектродной металлодиэлектрической системы в химически активной (горючей) газовой смеси (CH 4 + O 2). Представлены результаты, полученные с помощью скоростной фотографии, теневой фотографии, пьезодатчика и оптической спектроскопии. Показано, что сильноточный скользящий поверхностный разряд является источником высокотемпературных терморавновесных металлических плазмоидов, время жизни которых много выше плазменных рекомбинационных времен (“долгоживущие” плазмоиды). Экспериментальные результаты позволяют описать динамику плазмоидов, вводимых в горючую газовую среду, и приводят к выводу об определяющей роли среды в значительном возрастании продолжительности жизни плазмоида и роли плазмоидов в инициации горения газовой смеси.

БАБАРЫКИН А.В., МАЛЫШЕВ А.Ю., МАРКОВ В.К., ПЕТРОВ А.А., ПЕТРОВ В.Г. — 2004 г.

Описаны “бессбойные” микроволновые методы диагностики плазмы, разработанные для измерений динамики электронной плотности и мониторинга средней по хорде плотности плазмы. Для измерений динамики плотности плазмы на установке Т-11М используется многоканальный “бессбойный” поляризационный микроволновый интерферометр (МБПИ), принцип действия которого основан на использовании эффекта Коттона-Муттона. В результате увеличения числа одновременно работающих каналов интерферометра и увеличения чувствительности измерений стало возможным измерение динамики профиля плотности плазмы на токамаке Т-11М. Приводятся первые результаты таких измерений, проведенных в различных режимах работы установки Т-11М. Описана методика измерений и обработки данных, проводятся анализ ошибок измерений, анализ и обсуждение результатов. Для мониторинга средней плотности плазмы на токамаке Т-11М предложено использовать импульсный времяпролетный рефрактометр (ИВР), т. е. импульсный рефлектометр, излучающий микроволновые импульсы наносекундного диапазона длительности и работающий в режиме на “просвет”, когда несущая частота зондирующей волны больше плазменной частоты. Разработан вариант прибора с частотой несущей 140 ГГц, достаточной для измерений средней плотности в режимах номинальной плотности токамака Т-11М: (3-5) х 10 13 см -3. Приводятся результаты первых измерений средней плотности с помощью ИВР на токамаке Т-11М при просвечивании плазмы в экваториальном направлении, с отражением излучения от внутренней стенки вакуумной камеры.

ИВАНОВ Б.И., ПРИЩЕПОВ В.П. — 2004 г.

Для измерения концентраций плазмы в диапазоне 10 5-10 9 см -3 предложен ВЧ-резонатор с периодической структурой, состоящей из кольцевых ВЧ-электродов, закрепленных на встречных подвесках, что существенно увеличивает коэффициент пропорциональности между электронной концентрацией и сдвигом собственной частоты резонатора. Для определения указанного коэффициента применен метод калибровки по электронному пучку с известными параметрами. Используемая калибровка обеспечивает точность около 10% при измерении плотности плазмы, создаваемой протонным пучком с энергией 5 МэВ при прохождении через воздух в диапазоне давлений 10 -2-10 -5 Тор.

АЛЕКСЕЕВ А.Г., БЕЛОВ А.М., ЛАЗАРЕВ В.Б., МИРНОВ С.В., ПРОХОРОВ А.С. — 2004 г.

Для измерения профиля радиационных потерь на токамаке Т-11М при проведении экспериментов с литиевой диафрагмой использовался 16-ти канальный, быстрый фотодиодный болометр, оптическая ось которого была направлена по касательной к оси плазменного шнура. Линейка датчиков располагалась вертикально. Для восстановления радиального профиля радиационных потерь решалась обратная задача в приближении тороидальной симметрии. Найден устойчивый алгоритм решения для данной геометрии лучей. Сделаны оценки погрешности при применении данного метода решения обратной задачи. Представлены профили радиационных потерь и их зависимости от времени для различных режимов токамака.

БЫКОВА Н.Г., КУЗНЕЦОВА Л.А. — 2004 г.

Приведены результаты измерений температурных характеристик дозвуковых потоков СО 2 плазмы, генерируемых 100-киловаттным индукционным плазмотроном ИПМ РАН. По абсолютным интенсивностям (АИ) спектральных линий атомов и спектра молекулы С 2 измерены средние по диаметру плазменной струи температуры возбуждения атомов (T a) и температура заселенности электронного состояния (T e) молекулы С 2 в зависимости от параметров режима генерации: давления газа в интервале 25-140 гПа и мощности по анодному питанию в пределах 29-72 кВт. Для некоторых режимов получены распределения этих температур вдоль струи и в радиальном направлении и проведено их сопоставление с профилями, полученными в результате расчетов течений индукционной равновесной плазмы в разрядном канале. Исходя из условия наилучшего соответствия форм расчетного и экспериментального спектров молекулы С 2 (полосы Свана), получены зависимости средних по лучу наблюдения вращательной (T r) и колебательной (T v) температур от параметров разряда, а для ряда режимов генерации - радиальные профили этих температур. Обнаружено самопоглощение молекулярного излучения при температуре и давлении газа, превышающих определенные значения, прослежено его влияние на измеряемые значения молекулярных температур (T e, T v, T r).

ЖИЛЬЦОВ В.А., МОЛОДЦОВ Н.А., МОСКАЛЕНКО И.В., СКОВОРОДА А.А., ЩЕГЛОВ Д.А. — 2004 г.

На мультипольной ловушке ПН-3, в которой ионизация и нагрев аргоновой плазмы осуществляется путем ввода СВЧ-мощности в условиях ЭЦР, проведены доплеровские измерения эффективной температуры ионов Ar 1+ методом лазерной спектроскопии с помощью узкополосного перестраиваемого по длинам волн лазера на красителях. Проводилось сканирование профиля линии поглощения λ = 611.5 нм. В диапазоне СВЧ-мощностей 5-50 кВт получены пространственно-временные характеристики Т i, eff, указывающие, в частности, на существование “аномального” механизма нагрева ионов. Показана возможность получения из ЛФ-измерений информации об электронной температуре. Измерения являлись одновременно практическим испытанием методики и прототипов лазерной аппаратуры, разрабатываемой для диагностики примесей в диверторной плазме ИTЭРа методом лазерной флуоресценции.

ГРИЦИНИН С.И., КНЯЗЕВ В.Ю., КОССЫЙ И.А., МАЛЫХ Н.И., МИСАКЯН М.А. — 2004 г.

Описана конструкция и проведены исследования динамики, пространственной структуры и измерения параметров импульсно-периодического микроволнового разряда, возбуждаемого внутри коаксиального волновода. Примененная конструкция позволяет устойчиво и без применения дополнительных инициаторов генерировать плазменную струю в потоке молекулярных и атомарных газов при давлениях, близких к атмосферному. Сложная последовательность процессов, приводящих к формированию факела, не укладывается полностью в традиционную схему разряда, поддерживаемого поверхностной электромагнитной волной.

БАРХУДАРОВ Э.М., ГРИЦИНИН С.И., ДРЕЙДЕН Г.В., КНЯЗЕВ В.Ю., КОПЬЁВ В.А., КОССЫЙ И.А., МИСАКЯН М.А., ОСТРОВСКАЯ Г.В., СИЛАКОВ В.П. — 2004 г.

С применением ряда оптических методик измерена температура нейтрального компонента в микроволновом импульсно-периодическом факеле, возбуждаемом в струе аргона, внедряющейся в воздушную атмосферу. Энергия микроволнового излучения с высокой эффективностью трансформируется в нагрев газа. Температура газа максимальна у сопла плазмотрона, достигая 4.5-5.0 кК, и спадает в аксиальном направлении до 2.5-3.0 кК. Факел является термонеравновесным плазменным образованием, способным кардинальным образом воздействовать на рабочий газ и окружающую газовую среду.

АЛЕКСАНДРОВ В.В., ВОЛКОВ Г.С., ГРАБОВСКИЙ Е.В., ЗУКАКИШВИЛИ Г.Г., ЗУРИН М.В., МИТРОФАНОВ К.Н., НЕДОСЕЕВ С.Л., ОЛЕЙНИК Г.М., ПОРОФЕЕВ И.Ю., САМОХИН А.А., САСОРОВ П.В., СМИРНОВ В.П., ФРОЛОВ И.Н. — 2004 г.

Для понимания физики сжатия проволочных сборок током мегаамперного уровня важно знать пространственные распределения массы внутри сборки в течение этого процесса. В этой работе было проведено исследование распределения электронной плотности на периферии исходной сборки из вольфрамовых проволок вблизи момента максимального сжатия методом лазерной интерферометрии на длине волны 0.69 мкм. Получено, что к моменту максимального сжатия (через ~100 нс после начала тока) оценка локальной максимальной электронной плотности внутри исходной проволочной сборки на расстоянии от 0.3 до 3 мм от исходного положения проволок может достигать ~10 18 см -3. В предположении среднего заряда иона 10 для вольфрама это дает до 30 мкг/см локальной погонной массы лайнера, что составляет около 10% начальной погонной массы лайнера. Часть тока генератора протекает по этой плазме. При этом длительность импульса мягкого рентгеновского излучения 5-8 нс, что свидетельствует о хорошем качестве сжатия.