научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

ПАШИЦКИЙ Э.А. — 2014 г.

На основе уравнений магнитной гидродинамики для несжимаемой проводящей вязкой жидкости рассматривается возможный механизм зарождения обнаруженных недавно в солнечной атмосфере (хромосфере) гигантских магнитогидродинамических вихрей. Предполагается, что эти вихри рождаются в тех областях солнечной поверхности (фотосферы), где возникают восходящие потоки горячей плазмы, которая поступает из недр Солнца в результате тепловой конвекции и ускоренно поднимается под действием градиента давления хромосферной плазмы. Показано, что ускоряющиеся вертикальные потоки плазмы при условии несжимаемости плазмы и непрерывности потока порождают сходящиеся радиальные потоки, которые благодаря ненулевой начальной завихренности хромосферной плазмы, обусловленной вращением Солнца, порождают нелинейные гидродинамические силы – конвективную и кориолисову. Совместное действие этих двух сил приводит к экспоненциальному ускорению “твердотельного” вращения плазмы внутри восходящего потока, рождая вихрь, который генерирует аксиальное магнитное поле, что согласуется с астрофизическими наблюдениями.

ОЗУР Г.Е. — 2014 г.

На основе анализа известных из литературы экспериментальных данных и результатов численных расчетов показано, что быстрое ( 2 см/мкс) движение взрывоэмиссионной катодной плазмы не позволяет двойному слою, в котором формируется сильноточный электронный пучок, перестроиться в стационарное (квазистационарное) состояние. Вследствие этого толщина двойного слоя оказывается заметно меньше стационарного значения, а плотность тока соответственно больше. Предлагаемая гипотеза адекватно объясняет наблюдаемое в экспериментах превышение плотности тока над расчетным (стационарным) значением.

ТРУСОВ К.К. — 2014 г.

Приведены экспериментальные результаты и обсуждаются модельные представления о характере взаимосвязи коэффициента заполнения K межэлектродного промежутка искровыми каналами с пиковым током Iпик моноимпульсного завершенного многоканального скользящего разряда субмикросекундной длительности на поверхности алюмооксидной керамики. Представлена пространственная структура незавершенного разряда на пороге поверхностного искрового пробоя газа. Эксперименты выполнены с тремя газами Ne, Ar и Xe при давлении 30 и 100 кПа, при противоположных полярностях разряда, с двумя разрядными камерами, отличающимися геометрией разрядного промежутка и толщиной керамической пластины. Показано, что несмотря на качественные различия в структуре незавершенного разряда на пороге искрового пробоя газов – от диффузной однородной до ярко выраженной филаментированной – зависимость при завершенном разряде близка к линейной и качественно хорошо объясняется принятой ранее полуэмпирической моделью развития структуры многоканального разряда. В частности, наиболее точно крутизна зависимости моделируется для тех экспериментов, в которых локальная плотность свободных электронов на пороге искрового пробоя газов достигает 1016 см-3 и выше.

ВАГИН К.Ю., УРЮПИН С.А. — 2014 г.

Изучен инкремент апериодической неустойчивости возмущений поперечного и продольно-поперечного электромагнитного поля в плазме с анизотропным би-максвелловским распределением электронов по скоростям. Найдены границы областей неустойчивости в пространстве волновых векторов и установлены инкременты нарастания возмущений поля, имеющих конфигурацию отличную от отвечающей максимальному инкременту.

АЛЕКСАНДРОВ В.В., ГАСИЛОВ В.А., ГРАБОВСКИЙ Е.В., ГРИЦУК А.Н., ЛАУХИН Я.Н., МИТРОФАНОВ К.Н., ОЛЕЙНИК Г.М., ОЛЬХОВСКАЯ О.Г., САСОРОВ П.В., СМИРНОВ В.П., ФРОЛОВ И.Н., ШЕВЕЛЬКО А.П. — 2014 г.

Приведены результаты экспериментального исследования характеристик источника мягкого рентгеновского излучения (МР-излучения), образующегося при имплозии квазисферических лайнеров, состоящих из вольфрамовых проволок (W-КПЛ) и металлизированных капроновых волокон (КМВЛ), при токе до 3 МА на установке Ангара-5-1. На основе анализа пространственного распределения источников жесткого рентгеновского излучения с энергией фотонов свыше 20 кэВ на изображениях пинча при имплозии КПЛ из вольфрамовых проволок обнаружено, что в центральной области W-КПЛ образуется компактный плазменный объект, конфигурация изображения которого близка по форме к квазисферической поверхности, симметричной относительно оси КПЛ. С применением дифракционного спектрографа скользящего падения (GIS) получены данные о спектрах МР-излучения в диапазоне длин волн 20–400 A с пространственным разрешением по высоте и радиусу из центральной, приосевой и периферических областей источника излучения при токовом сжатии W-КПЛ. Показано, что спектры источника МР-излучения при имплозии квазисферических и цилиндрических вольфрамовых лайнеров (W-КПЛ и W-ЦПЛ) током до 3 МА имеют максимум интенсивности в диапазоне длин волн 50–150 A. Обнаружено, что при имплозии W-КПЛ с профилированием линейной массы имеет место перераспределение энергии в спектре источника излучения, которое свидетельствует о дополнительном вкладе в плазму энергии, связанной с продольным движением вещества, за счет трехмерной кумуляции энергии при сжатии W-КПЛ. Обнаружено, что средняя плотность энергии в плазме источника излучения при имплозии КПЛ в 7 раз больше, чем при имплозии ЦПЛ при равной массе КПЛ и ЦПЛ и близких значениях разрядного тока в диапазоне от 2.4 до 3 МА. Экспериментальные данные сравниваются результатами моделирования трехмерной имплозии и генерации излучения для КПЛ с профилированием массы с помощью трехмерного РМГД кода MARPLE-3D (ИПМ им. М.В. Келдыша РАН).

АНАНЬЕВ С.С., ДАНЬКО С.А., КАЛИНИН Ю.Г. — 2014 г.

Описана система измерения рентгеновских спектров ионов на основе сферического кристалла с последовательным преобразованием рентгеновского спектра в оптическое изображение и его регистрацией на оптическом хронографе. Представлен вычислительный код для восстановления параметров плазмы по интенсивностям спектральных линий H- и He-подобных ионов ряда химических элементов (z = 6–29). Изложены результаты экспериментов по определению параметров горячей плазмы при сжатии вложенных многопроволочных сборок из алюминия на сильноточном генераторе С-300.

КЛОПОВСКИЙ К.С., МАНКЕЛЕВИЧ Ю.А., ПОПОВ Н.А., ПРОШИНА О.В., РАХИМОВА Т.В., ЧУКАЛОВСКИЙ А.А. — 2014 г.

Проведен теоретический анализ данных по кинетическим процессам в смеси H2 O2 O2(a1 g) и определен диапазон изменения величин констант скоростей этих процессов. Определены процессы трансформации энергии в системе O2(a1 g) Н2 НО2 в приближениях “быстрого” и “медленного” (по сравнению со временем колебательной релаксации радикала HO2) тушения электронно-возбужденного состояния HO . Выполнено моделирование экспериментов по тушению в бедной (бедная топливная смесь – смесь, в которой отношение массовой доли топлива к массовой доле окислителя меньше стехиометрического; для водород-кислородной смеси стехиометрическое отношение равно 2:1) водород-кислородной смеси молекул синглетного кислорода, O2(a1 g)), возбуждаемых в СВЧ-разряде, при температуре 300 К и давлении 6 Торр. Показано, что частота тушения синглетного кислорода на временах наблюдения эксперимента зависит от содержания молекулярного водорода и остаточной доли нечетного кислорода в потоке газа, а также определяется соотношением констант скоростей кинетических процессов с участием радикалов HO2 и HO2*. Моделирование СВЧ-разряда и транспорта возбужденного потока кислорода вдоль дрейфовой трубки позволило определить значение остаточной доли нечетного кислорода в потоке газа. Даны рекомендации по константам скоростей процессов O2(a1 g) + HO2(A’’,v =0) O2 + HO (A’,v =1), HO (A’,v 1) + O2(a1 g) HO (A’,v 6) + O2 и HO (A’,v 1) + O2(a1 g) ? + O2 + O2. Показано, что в случае “медленного” тушения HO в смеси H2 O2 O2(a1 g) при низкой температуре происходит увеличение интенсивности окисления водорода за счет реакции HO (A’,v 1) + O2(a1 ? + O2 + O2.

КЛОПОВСКИЙ К.С., МАНКЕЛЕВИЧ Ю.А., ПРОШИНА О.В., РАХИМОВА Т.В., ЧУКАЛОВСКИЙ А.А. — 2014 г.

Проведен теоретический анализ результатов экспериментов по тушению синглетного кислорода в бедной водород-кислородной смеси в диапазоне температур 500–1020 К и давлений 26–90 Торр за фронтом ударной волны. Выполнено моделирование процессов, влияющих на тушение синглетного кислорода, O2(a1 g), с учетом временных характеристик эксперимента и различных механизмов трансформации энергии в системе O2(a1 g) Н2 НО2. Получено, что в области температур до 700 К оба приближения “быстрого” и “медленного” (по сравнению со временем колебательной релаксации радикала HO2) тушения электронно-возбужденного состояния радикала HO демонстрируют хорошее согласие с данными эксперимента по эффективной константе скорости дезактивации синглетного кислорода. Показано, что существующие данные по кинетике реакций с участием СК в H2 O2 O2(a1 g) смесях завышают скорость тушения синглетного кислорода по сравнению с экспериментом в области температур выше 850 К. Уменьшение константы скорости реакции H + O2(a1 g) продукты на порядок позволяет согласовать результаты расчетов с данными эксперимента. Высказано предположение о существовании процессов, обеспечивающих восстановление O2(a1 g) в присутствии атомарного водорода, которые не учитываются на данный момент в существующих моделях H2 O2 O2(a1 g) кинетики.

ДОЛГОВ А.Н., КЛЯЧИН Н.А., ПРОХОРОВИЧ Д.Е. — 2014 г.

Проведено исследование поляризационных свойств рентгеновского излучения плазмы микропинчевого разряда в области К-спектра железа. Показано, что излучение различной природы обладает различающейся преимущественной ориентацией электрического поля волны. Обсуждаются механизмы, отвечающие за поляризацию излучения.

БЕЛЕЦКИЙ А.А., БУРЧЕНКО П.Я., ВОЙЦЕНЯ В.С., ГРЕКОВ Д.Л., ГРИГОРЬЕВА Л.И., ЗАМАНОВ Н.В., КАСИЛОВ А.А., КОНОВАЛОВ В.Г., КУЛАГА А.Е., ЛОЗИН А.В., МИРОНОВ Ю.К., МОИСЕЕНКО В.Е., ПАВЛИЧЕНКО Р.О., ПАНКРАТОВ И.М., ПАШНЕВ В.К., РОМАНОВ В.С., ТАРАСОВ И.К., ЦЫБЕНКО С.А., ЧЕЧКИН В.В., ШАПОВАЛ А.Н. — 2014 г.

В трехзаходном торсатроне “Ураган-3М” водородная плазма создается и нагревается высокочастотными полями в области альфвеновских частот ( ci). Для этого используется рамочная антенна с широким спектром генерируемых продольных волновых чисел. Экспериментально исследовано развитие разряда при разных значениях высокочастотной мощности, подводимой к антенне (анодного напряжения генератора, тока в антенне), и исходного давления рабочего газа. Показано, что в зависимости от величины тока в антенне и давления водорода могут существовать два режима разряда, различающиеся величинами плотности плазмы, ее температуры и потерь. Смена режимов при повышении анодного напряжения носит скачкообразный характер. На конкретные значения мощности и давления, при которых происходит смена режимов, влияют ВЧ-предионизация или стабилизация пробоя СВЧ-разрядом. Полученные результаты позволят в будущих экспериментах подобрать оптимальные режимы ВЧ-разряда, создаваемого рамочной антенной, как источника исходной плазмы для получения и нагрева более плотной плазмы с помощью другой, более коротковолновой антенны (так называемая трехполувитковая антенна).

СКОВОРОДА А.А., СОРОКИНА Е.А. — 2014 г.

Гамильтоново описание используется при анализе магнитных и токовых структур, возникающих в результате резонансных возмущений равновесной тороидальной магнитной конфигурации с током. Основное внимание уделяется осесимметричным конфигурациям токамака и пинчей. Показано, что из-за сильного различия в зависимостях магнитного и токового вращательного преобразований от давления плазмы, резонансы (острова) поля и тока могут не совпадать. Рассмотрено возмущенное бессиловое равновесие пинча в цилиндре, где острова поля и тока совпадают. Дается объяснение долгоживущей ribbon-структуры, наблюдаемой в токамаке JET, как бессилового магнитотокового острова.

2014

2014

2014

БРУШЛИНСКИЙ К.В., ГОЛЬДИЧ А.С. — 2014 г.

Представлены математические модели и результаты расчетов равновесия плазмы в круглом цилиндре с погруженными в нее тремя винтовыми или прямыми проводниками с током – распрямленном аналоге тороидальных ловушек-галатей. Равновесие описывается двумерными краевыми задачами с плоским и винтовым аналогами уравнения Грэда–Шафранова для скалярной функции магнитного потока. Рассмотрены задачи с граничными условиями первого рода, которые соответствуют прозрачной для магнитного поля границе цилиндра, и второго рода – в задачах с заданной величиной электрического тока, протекающего по плазме помимо токов в проводниках. В расчетах исследованы деформации магнитоплазменных конфигураций в цилиндре, обязанные указанным разновидностям постановки задач.

МОРОЗОВ Д.Х., ШУРЫГИН Р.В. — 2014 г.

Проведен численный расчет турбулентной динамики пристеночного слоя плазмы токамака на основе решения нелинейных редуцированных МГД-уравнений Брагинского при учете примеси ионов лития. В рамках самосогласованного подхода рассмотрены эффекты турбулентности и излучения примесей. Получены радиальные распределения мощности радиационных потерь, концентраций атомов Li0 и ионов Li+1 в зависимости от температуры электронов и ионов основной плазмы в пристеночном слое. Результаты численного моделирования показывают, что поступление ионов лития внутрь пристеночной низкотемпературной плазмы существенно зависит от того, в какую компоненту основной плазмы – ионную или электронную – вводится дополнительная мощность. Так, в случае увеличения температуры электронов слоя (ЭЦР-нагрев) происходит падение концентрации ионов. В то же время рост температуры основных ионов (ИЦР-нагрев) приводит к увеличению концентрации Li+1. Объяснение результатов численных расчетов связано с различным влиянием температуры электронов и ионов на атомные процессы, определяющие накопление и уход частиц в уравнениях баланса частиц для нейтралов Li0 и ионов примеси Li+1. Получены радиальная зависимость температуры электронов и соответствующие распределения мощности радиационных потерь для различных концентраций нейтралов Li0 на стенке. Из расчетов следует, что наличие ионов Li+1 оказывает влияние на турбулентный транспорт основных ионов. При этом электронный поток тепла с ростом концентрации ионов Li+1 растет на 20–30%, в то же время поток частиц основных ионов примерно так же уменьшается. Получена радиальная зависимость турбулентного потока ионов лития. Показано, что появление эффекта “пинча”, связано с положительным градиентом плотности ионов лития на ширине расчетного слоя. Для параметров токамака Т-10 эффект радиационного охлаждения пристеночного плазменного слоя становится заметным при плотности нейтралов лития у стенки больше 7 ? 1011 см-3. При этом плотность энергии радиационных потерь в центре слоя должна быть порядка 500–600 кВт/м3.

КУЗЕЛЕВ М.В., ОРЛИКОВСКАЯ Н.Г. — 2014 г.

Изложена теория цилиндрических поверхностных волн в плавно неоднородной плазме, находящейся в волноводе с круговым поперечным сечением. Для специально подобранной зависимости плотности плазмы от радиуса аналитически получены дисперсионные уравнения для комплексных частот поверхностных волн. Дисперсионные уравнения решены аналитически (в длинноволновом пределе) и численно. Показано существование двух типов поверхностных волн, одна из которых при переходе к плазме с резкой границей переходит в обычную поверхностную волну, а другая – становится сильно затухающей.

ЛАТЫШЕВ А.В., ЮШКАНОВ А.А. — 2014 г.

Получены формулы для поперечной диэлектрической проницаемости в квантовой столкновительной плазме с произвольной частотой столкновений, зависящей от импульса (волнового вектора) частиц плазмы, в подходе Мермина. Используется кинетическое уравнение Шредингера–Больцмана с интегралом столкновений в релаксационном приближении в пространстве импульсов. Показано, что когда частота столкновений – постоянная величина выведенные формулы переходят в известные. Рассматривается случай вырожденной плазмы, когда частота столкновений пропорциональна модулю волнового вектора. Этот случай отвечает гипотезе о постоянной длине свободного пробега частиц плазмы. Проводится графическое исследование действительной и мнимой частей диэлектрической функции.

ШУМИЛИН А.В., ШУМИЛИН В.П., ШУМИЛИН Н.В. — 2014 г.

Предложена простая модель для определения взаимосвязи между интегральными характеристиками холловских электрических ракетных двигателей с анодным слоем. Данная модель включает в себя уравнение баланса сил, действующих на область с холловским током, и соотношение между током ускоренных ионов и расходом рабочего газа. При фиксированных геометрических характеристиках конкретного холловского двигателя эта модель позволяет связать между собой основные интегральные характеристики двигателя, такие как ускоряющее напряжение, напряженность магнитного поля, расход рабочего газа и ток ускоренных ионов. Представлены результаты расчетов для одного из наиболее часто используемых холловских двигателей с анодным слоем – TAL-WSF/Д-55. Рассмотрена область существования разряда в канале холловского электрического ракетного двигателя. Показано, что учет кинетических эффектов при разлете нейтралов, а также предварительный нагрев рабочего газа приводят к уменьшению ожидаемых тока ускоренных ионов и тяги двигателя.

АЛЕКСЕНКО О.В., МИРОШНИЧЕНКО В.И., МОРДИК С.Н. — 2014 г.

Используя упрощенную модель плазменного ВЧ-источника, находящегося во внешнем однородном магнитном поле, аналитически и численно исследуется пространственное распределение поглощения ВЧ электромагнитного поля электронной компонентой источника, работающего в геликонном режиме ( ci < < ce < pe). Для численных расчетов параметры плазменного источника определяются условием одновременного возбуждения волн двух типов: геликонных и волн Трайвелписа–Гулда (используются соответствующие диаграммы прозрачности для волн). Численные расчеты проводились для двух конкретних геометрических размеров разрядной камеры в предположении возбуждения симметричных мод при двух различных значениях давления рабочего газа – гелия. Для расчетов выбраны параметры источника ионов инжектора ядерного сканирующего микрозонда ИПФ НАН Украины. Предполагается, что в основе элементарного механизма поглощения ВЧ-мощности лежит процесс ускорения электронов плазмы в поле волны Трайвелписа–Гулда, который прерывается парными соударениями электронов с нейтральными атомами и с образовавшимися ионами. Результаты расчета показывают резонансный характер интегрального поглощения ВЧ-мощности в зависимости от значения величины магнитного поля при фиксированной плотности плазмы. Острота резонансов уменьшается с ростом давления рабочего газа. Приводится топография распределения величины поглощаемой мощности внутри объема разрядной камеры для рассмотренных случаев. С использованием критерия Бома делается оценка значения плотности возможного извлекаемого тока.