научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

ИГНАТОВ А.М. — 2004 г.

Рассматривается простая модель самосогласованной зарядки и силового равновесия слоя пыли в приэлектродном слое плазмы. Анизотропия давления плазмы вблизи ее границы позволяет ввести понятие поверхностного натяжения. Численно получены зависимости равновесного заряда, высоты левитации пылевого слоя и поверхностного натяжения плазмы от плотности пыли. Во всех исследованных случаях наличие пыли приводит к увеличению поверхностного натяжения плазмы, что означает возможность структурной неустойчивости.

АКИШЕВ Ю.С., АПОНИН Г.И., КАРАЛЬНИК В.Б., МОНИЧ А.Е., ТРУШКИН Н.И. — 2004 г.

Представлены результаты экспериментальных исследований перехода отрицательной стационарной короны в искру в геометрии остриё - плоскость. Установлено, что формирование искры в отрицательной короне в азоте и воздухе характеризуется отсутствием стадии с быстрыми первичными стримерами. Показано, что в азоте атмосферного давления переход корона-искра начинается с распространения плазменного канала (вторичного стримера) от острия (катода) к плоскости (аноду), в то время как в воздухе плазменный канал зарождается у плоскости и затем распространяется к острию. Скорость распространения вторичного стримера очень мала V = 10 3-10 4 см/с. Описаны два сценария формирования искрового канала в отрицательной короне в азоте, которые основаны на представлении о контракции объемного тлеющего разряда. Представлены результаты динамических спектральных измерений свечения из различных областей разряда в процессе перехода корона-искра.

АНПИЛОВ А.М., БАРХУДАРОВ Э.М., КОПЬЁВ В.А., КОССЫЙ И.А., СИЛАКОВ В.П., ТАКТАКИШВИЛИ М.И., ТЕМЧИН С.М. — 2004 г.

Экспериментально исследована предпробойная стадия электрического разряда между острийным (анод) и плоским (катод) электродами, введенными в водную среду при различных начальных проводимостях. При подаче высоковольтного импульса в межэлектродном промежутке обнаружено появление наведенной проводимости, почти на порядок величины превышающей исходную. Показано, что наведенная проводимость растет с ростом исходной почти линейно. Зарегистрирована корреляция с наведенной проводимостью ультрафиолетового излучения, источник которого находится на поверхности анода. Проводится качественный анализ результатов эксперимента.

ДНЕСТРОВСКИЙ А.Ю., ДНЕСТРОВСКИЙ Ю.Н., ЛЫСЕНКО С.Е., УОЛШ М. ДЖ., ЧЕРКАСОВ С.В. — 2004 г.

На основе теории канонических профилей для токамака с произвольным сечением плазменного шнура построена транспортная модель для описания температуры электронов и ионов плазмы. Сравнение с экспериментами на 8 разных токамаках показало разумную точность моделирования разрядов плазмы. Анализ экспериментов и проведенные расчеты позволили построить скейлинг для описания поведения относительного градиента температуры в середине радиуса плазменного шнура.

ДУБИНОВА И.Д. — 2004 г.

Рассмотрены примеры решения трансцендентных уравнений, которые возникают в математических задачах физики плазмы. Ранее эти уравнения решались или приближенно, или с помощью аппроксимаций. Использование новой W-функции Ламберта позволило эффективно получить их точные явные решения, которые могут привести к уточнению соответствующих теорий. Рассмотрены следующие примеры из различных разделов физики плазмы: задача о равновесном заряде пылинки в плазме, задача о структуре бомовского слоя, задача о диаметре сепаратрисы в ловушке-галатее “пояс”, задача о поперечной структуре электронного пучка в плазме, задача о скорости энергетических потерь пробной заряженной частицы в плазме, задача о структуре псевдопотенциала Сагдеева для ионно-звуковых колебаний.

ЛЕБЕДЕВ Ю.А., МОКЕЕВ М.В., ТАТАРИНОВ А.В., ЭПШТЕЙН И.Л. — 2004 г.

Проведено спектрально-оптическое исследование структуры электродного СВЧ-разряда в водороде при давлениях 1-8 Тор и падающих мощностях до 20-100 Вт. Разработана программа самосогласованного двумерного моделирования самостоятельного стационарного электродного СВЧ-разряда, существующего на конце центрального проводника коаксиальной линии. Модель основана на совместном решении нестационарных уравнений Максвелла, уравнения баланса заряженных частиц и однородного уравнения Больцмана. Результаты расчетов и экспериментов удовлетворительно согласуются в области приэлектродной части разряда. Таким образом, получено независимое подтверждение выдвинутого ранее на основе экспериментальных данных предположения о “самостоятельно-несамостоятельном” характере электродного разряда, причем самостоятельный разряд сосредоточен в приэлектродной области разряда.

БАБИЧ Л.П., ИЛЬКАЕВ Р.И., ЛОЙКО Т.В., ПАВЛОВСКАЯ Н.Г., ПУНИН В.Т. — 2004 г.

Сообщается о наблюдении упорядоченной структуры пучков электронов, генерируемых высоковольтными наносекундными разрядами в довольно плотных молекулярных газах (0.04-1 Тор) при многократных перенапряжениях. Впервые выполнена прямая регистрация пучков ускоренных ионов, генерируемых высоковольтными наносекундными разрядами, которые демонстрируют ту же характерную упорядоченную структуру. В связи с обнаружением структуры пучков ионов становятся дискуссионными механизмы формирования полосатой структуры электронных пучков, предполагающие регулярное распределение эктонов. Измерены характерные временные параметры импульсов ускоренных электронов и ионов.

ЛАШКУЛ С.И., ПОПОВ А.Ю. — 2004 г.

Рассматриваются результаты моделирования, показывающие, что при развитой турбулентности в области крутых градиентов параметров плазмы амбиполярное радиальное электрическое поле может иметь положительное значение. В случае подавления турбулентности, как это отмечается при дополнительном НГ-нагреве, при формировании транспортного барьера и переходе в Н-моду, поведение радиального электрического поля становится близко к неоклассическому.

ВАВИЛИН К.В., ПЛАКСИН В.Ю., РИ М.Х., РУХАДЗЕ А.А. — 2004 г.

Целью настоящей работы является развитие аналитической теории радиочастотных источников плазмы малой мощности с цилиндрической геометрией, работающих на промышленной частоте (f = 13.56 МГц, ω = 8.52 х 10 7 с -1). Рассмотрены индуктивные поверхностные возбудители электромагнитных полей (антенны), расположенные либо на боковой поверхности цилиндра, либо на одной из торцевых его поверхностей. При этом другая торцевая поверхность цилиндра играет роль поверхности истечения плазмы из источника. Исследованы как длинные системы, в которых продольный размер цилиндра L превосходит его диаметр 2R, так и плоские дискообразные системы с L < 2R. Найдены простые аналитические выражения для электромагнитных полей в плазме источника, возбуждаемых антенной, вычислены эквивалентные активные сопротивления плазмы источника и выделяемая мощность радиочастотного поля при заданных параметрах системы, т.е. рассматривается несамосогласованная модель источников. До сих пор такие источники в основном исследовались путем численного решения громоздких общих электродинамических уравнений. Во Введении дается общая постановка задачи, обсуждается геометрия источников и характерные параметры плазмы. Во второй части исследованы источники плазмы в отсутствие внешнего магнитного поля. В третьей части рассмотрены геликонные источники плазмы в достаточно сильном магнитном поле. Результаты аналитической теории сравниваются с результатами численного решения задачи без использования геликонного приближения. И, наконец, в четвертой части кратко обсуждается резонансный электронно-циклотронный радиочастотный источник плазмы. В Заключении сформулированы краткие выводы и дается качественная оценка технологичности рассмотренных источников.

АНЦИФЕРОВ П.С., ДОРОХИН Л.А., КОШЕЛЕВ К.Н., НАЗАРЕНКО А.В. — 2004 г.

Представлены результаты промежуточного этапа работы по созданию генератора тока в цепи с индуктивным накоплением энергии и с полупроводниковым размыкателем на основе 40 диодов СДЛ-800. Создан прототип генератора с шестью диодами, обеспечивающий следующие параметры импульса тока: амплитуда - 4.5 кА, длительность фронта импульса - 10-20 нс на индуктивной нагрузке 30-35 нГн. Данный генератор был использован для исследования разрядов в капиллярах с диаметрами 2 и 0.8 мм при их заполнении аргоном или водородом. Показано, что первоначальная азимутальная асимметрия возникающей при пробое структуры исчезает по мере развития разряда в капилляре с диаметром 2 мм и сохраняется в капилляре с диаметром 0.8 мм. Спектроскопические исследования плазмы с временным разрешением показали наличие в наиболее горячей фазе линий высокоионизованного аргона (Ar VII, Ar VIII), что свидетельствует о температуре 20-40 эВ.

БЕЙГМАН И.Л., ВАЙНШТЕЙН Л.А., ДОКУКА В.Н., КРАСИЛЬНИКОВ А.В., НАУМЕНКО Н.Н., ТОЛСТИХИНА И.Ю., ТУГАРИНОВ С.Н., ХАЙРУТДИНОВ Р.Р. — 2004 г.

Выполнено численное моделирование активной спектроскопической диагностики при помощи кода ДИНА с использованием диагностического пучка атомов применительно к установке ИТЭР. Код ДИНА позволяет проводить расчеты ослабления пучка нейтральных атомов при проходе через плазму, расчеты интенсивности излучения атомов и ионов, возникающих в плазме за счет перезарядки на атомном пучке, а также находить величину отношения активного излучения из плазмы, связанного с перезарядкой, к пассивному фоновому излучению плазмы. Сделаны расчеты сечений взаимодействия атомов и ионов в плазме, а также рассчитаны скоростные коэффициенты возбуждения спектральных переходов для водородоподобных ионов примесей. Описана принципиальная схема измерений и основные технические характеристики спектрометра, который предлагается использовать на ИТЭР для данной диагностики.

КУЗОРА И.В., УРЮПИН С.А. — 2004 г.

Найдено квазистационарное распределение ионов в плазме с одним сортом ионов и сравнительно невысоким уровнем ионно-звуковых турбулентных шумов. Установлены условия, в которых под влиянием индуцированного рассеяния ионно-звуковых волн на ионах формируется распределение надтепловых ионов, убывающее с ростом скорости медленнее максвелловского распределения. Описано явление возрастания проводимости плазмы, которое обусловлено понижением уровня турбулентных шумов из-за увеличения черенковского затухания ионного звука на резонансных ионах, число которых возрастает благодаря формированию медленно спадающего распределения надтепловых ионов.

МАЙОРОВ С.А. — 2004 г.

На основе численного моделирования методом динамики многих частиц рассмотрена самосогласованная задача формирования заряда, накопленного цепочкой сферических пылинок, находящихся в потоке двухтемпературной плазмы. Рассмотрены случаи диэлектрических и металлических пылинок.

КАРЧЕВСКИЙ А.И., ПОТАНИН Е.П. — 2004 г.

Применительно к плазменному методу разделения изотопов, основанному на ионно-циклотронном резонансном нагреве ионов, рассчитываются функции распределения ионов по поперечным скоростям и доля частиц η, нагретых выше определенной энергии W min. Предполагается, что функция распределения ионов по продольным скоростям имеет линейную зависимость в области малых скоростей. Показывается, что при высоких уровнях нагрева усредненная функция распределения ионов по поперечным скоростям становится существенно неравновесной, и наблюдается наличие двух максимумов. Представлены результаты расчета эффективности нагрева ионов η для W min = 40 эВ и различных значений параметра р, характеризующего отношение длины волны электрического поля антенны λ и протяженности зоны нагрева L. Определена относительная роль времяпролетного и допплеровского уширений. Оценены разделительные характеристики коллектора нагретых частиц.

ВОЛКОВ Г.С., ГРАБОВСКИЙ Е.В., МИТРОФАНОВ К.Н., ОЛЕЙНИК Г.М. — 2004 г.

Приведены результаты экспериментов по рентгеновскому зондированию приосевой области лайнера, сжимаемого током сильноточного генератора. Для просвечивания лайнера использовался источник мягкого рентгеновского излучения Х-пинч, а излучение регистрировалось p-i-n диодами. Использование нескольких фильтров с разными окнами пропускания перед p-i-n диодами позволило обеспечить интерпретацию результатов измерений в экспериментах с каскадными лайнерами сложного элементного состава. Нижний предел чувствительности методики составляет величину =125 мкг/см 2 для плазмы тяжелых элементов (W) и =220 мкг/см 2 для плазмы легких элементов (C, O, N), при энергии квантов зондирующего излучения 1.0—1.5 кэВ. Достоинства метода заключаются в высоком временном разрешении (=1 нс) и возможности разграничить по времени вспышки излучения с оси лайнера от Z-пинча и излучения Х-пинча. Метод не налагает ограничений на длительность импульса излучения источника, используемого для просвечивания плазмы.

ГРАБОВСКИЙ Е.В., МИТРОФАНОВ К.Н., ОЛЕЙНИК Г.М., ПОРОФЕЕВ И.Ю. — 2004 г.

Описана методика просвечивания периферийной части лайнеров на установке “Ангара-5-1” посредством точечного рентгеновского источника - X-пинча. Пространственное разрешение методики не хуже 4 мкм. Излучение X-пинча, поглощенное в плазме, регистрируется на фотопленку. Переход от плотности почернения фотоматериала к плотности плазмы обеспечивается использованием ступенчатого ослабителя из того же материала, что и лайнер. Представлены результаты просвечивания периферийной части многопроволочного лайнера на 70-ю нс после начала тока через лайнер. Сделаны выводы о том, что к этому времени керны проволочек лайнера неодинаково истощились; они расширились по диаметру примерно в 3 раза и содержат до 70% от исходной массы. Наблюдается аксиальная стратификация с шагом 200 мкм плотности плазмы, срывающейся с кернов проволочек. В некоторых случаях фиксируется аксиальная неоднородность плотности вещества внутри керна с масштабом 20 мкм.

ГРАБОВСКИЙ Е.В., ЗУКАКИШВИЛИ Г.Г., НЕДОСЕЕВ С.Л., ОЛЕЙНИК Г.М., ПОРОФЕЕВ И.Ю. — 2004 г.

Посредством камеры-обскуры на установке Ангара-5-1 исследуются процессы имплозии многопроволочных сборок. Показано, что снос плазмы на ось осуществляется в виде “плазменного ливня”. Представлен материал, составивший часть базы экспериментальных данных, на основании которых сформулирован вывод о том, что пространственная структура сжимаемой плазмы столь неоднородна, что ни о какой цельной сжимающейся плазменной оболочке речи быть не может. Таким образом, определяющее влияние на конечные параметры сверхтераваттного излучающего Z-пинча оказывают неоднородности сжимаемой плазмы, возникающие вследствие “холодного старта” и затянутого плазмообразования.

СУХИНИН Г.И., ФЕДОСЕЕВ А.В. — 2004 г.

С помощью самосогласованной кинетической модели рассматривается эффект стратификации положительного столба плоского и сферического газового разряда в аргоне низкого давления. Модель основана на решении кинетического уравнения Больцмана для функции распределения электронов по энергиям, нестационарного уравнения непрерывности для ионов и уравнения Пуассона для самосогласованного электрического поля. Получено пространственное распределение плотностей электронов и ионов, а также электрического поля в положительном столбе стратифицированного разряда. В рамках модели объяснен кинетический механизм возникновения эффекта стратификации в инертных газах низкого давления. Модель позволила описать движущиеся страты и подтвердить зависимость значений радиусов страт, полученную экспериментально для сферического разряда.

АЛЕКСАНДРОВ А.Ф., БУГРОВ Г.Э., ВАВИЛИН К.В., КЕРИМОВА И.К., КОНДРАНИН С.Г., КРАЛЬКИНА Е.А., ПАВЛОВ В.Б., ПЛАКСИН В.Ю., РУХАДЗЕ А.А. — 2004 г.

Развита теория, позволяющая рассчитать поглощение ВЧ-мощности в индуктивном плазменном источнике. Найдены условия, когда основная мощность поглощается в плазме, и показано, что они соответствуют возбуждению объемных волн (косой ленгмюровской волны и геликона). Предложена простая самосогласованная модель плазменного источника, хорошо объясняющая все особенности плазменных источников, наблюдаемые в экспериментах.

БУРМАСОВ В.С., ВЯЧЕСЛАВОВ Л.Н., КАНДАУРОВ И.В., КРУГЛЯКОВ Э.П., МЕШКОВ О.И., ПОПОВ С.С. — 2004 г.

Описана система некогерентного томсоновского рассеяния для наблюдения и исследования локальных динамических провалов плотности, образованных в турбулентной плазме в результате ленгмюровского коллапса. С помощью настоящей методики впервые проведено прямое наблюдение каверн плотности в лабораторной плазме с развитой сильной ленгмюровской турбулентностью. Определены их пространственные и временные характеристики.