научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

БУРИНСКАЯ Т.М., МОГИЛЕВСКИЙ М.М., РОШ Ж.Л. — 2004 г.

Рассмотрено формирование спектров ленгмюровских колебаний, возбуждаемых в замагниченной бесстолкновительной плазме с низкочастотной турбулентностью, вследствие развития пучковоплазменной неустойчивости. В рамках квазилинейного статистического приближения выведены уравнения, описывающие динамику формирования спектров. Полученные уравнения учитывают рассеяние возбуждаемых электронным пучком волн на заданном фоне флуктуаций плотности плазмы как на малые, так и на большие углы. Вследствие рассеяния ленгмюровских волн происходит перераспределение энергии колебаний в фазовом пространстве и при соответствующих параметрах формируются спектры с характерным изгибом в области максимальных значений спектра. Численные расчеты, проведенные при параметрах плазмы характерных для полярной шапки магнитосферы Земли, дают возможность объяснить форму спектров ленгмюровских колебаний, зарегистрированных на борту спутника ИНТЕРБОЛ-2 при пролетах в этой области.

ИГНАТОВ А.М. — 2004 г.

Приведены результаты численного исследования потенциала пробного заряда в приэлектродном слое плазмы. Показано, что одноименные заряды, расположенные на одинаковом расстоянии от плавающего электрода, могут притягиваться.

ЕРУХИМОВА М.А., КРЯЧКО А.Ю., ЛИТВАК А.Г., ТОКМАН М.Д. — 2004 г.

Рассмотрены параметрические эффекты стимулированного излучения без инверсии и электромагнитно-индуцированной прозрачности в классических системах. На примере “безынверсного” циклотронного мазера обсуждаются особенности эффекта стимулированного излучения без инверсии в ансамблях классических электронов. Приведена теория эффекта электромагнитно-индуцированной прозрачности для электронно-циклотронных волн в высокотемпературной плазме. Обсуждаются возможные приложения этих эффектов в физике плазмы и электронике СВЧ.

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

Приводятся результаты экспериментальных исследований структуры поверхностного разряда переменного тока, возбуждаемого металлическим острием над плоским диэлектриком. Барьерная корона создавалась в аргоне при атмосферном давлении и частотах синусоидального напряжения от 50 Гц до 30 кГц. Эксперименты проводились в условиях, при которых площадь диэлектрика, покрываемая плазмой поверхностного разряда, увеличивалась с ростом амплитуды приложенного напряжения. Регистрация структуры разряда в режимах с диффузной плазмой и ветвящимися по поверхности стримерами проводилась с использованием цифрового фотоаппарата и быстродействующего электронно-оптического преобразователя в режиме кадровой съемки. Обнаружено сильное различие в структуре поверхностного разряда в положительном и отрицательном полупериодах приложенного напряжения. Определены статистические характеристики ветвящихся поверхностных стримеров в зависимости от полярности полупериода и частоты синусоидального напряжения. Установлены наиболее интенсивные линии в спектре излучения барьерной короны в обоих полупериодах. Проведена корреляция динамики излучения с изменениями тока и напряжения разряда.

МОРОЗОВ А.И., САВЕЛЬЕВ В.В. — 2004 г.

Аналитически построены точные стационарные решения для одномерной нестационарной кинетической модели процессов в слое разреженной плазмы вблизи диэлектрической поверхности с учетом вторичной электронной эмиссии. Показано, что при низких температурах реализуется решение с монотонно убывающими к диэлектрической поверхности потенциалом и электронной плотностью (дебаевский скачок потенциала). При повышении температуры электронов появляются сначала режимы с монотонно нарастающим к диэлектрической поверхности потенциалом

ДЯТКО Н.А., НАПАРТОВИЧ А.П. — 2004 г.

Теоретически исследовались функция распределения электронов по энергии и связанные с ней характеристики плазмы в несамостоятельном разряде в Kr и Ar. Исследования выполнены путем численного решения соответствующего уравнения Больцмана для функции распределения электронов по энергии с учетом электрон-электронных соударений. Функция распределения электронов по энергии и концентрация электронов рассчитывались самосогласованным образом в зависимости от мощности источника вторичных электронов q и величины приведенного значения электрического поля E/N. Основная цель исследований состояла в выяснении условий существования эффекта бистабильности параметров плазмы. Проведенные расчеты показывают, что в случае Kr существует диапазон значений величин q и E/N, в котором уравнение Больцмана имеет два различных устойчивых решения. Для плазмы Ar эффект бистабильности не обнаружен, т.е. во всем рассмотренном диапазоне параметров уравнение Больцмана имеет единственное решение. Рассчитаны различные параметры плазмы (эффективная температура электронов, скорость дрейфа электронов, плотность электронного тока), в том числе и в условиях, когда имеет место бистабильность.

ВАУЛИНА О.С. — 2004 г.

Приведены результаты численного исследования процессов массопереноса и парной корреляции в системах взаимодействующих макрочастиц для различных типов изотропных потенциалов. Получены параметры, отвечающие за транспортные свойства неидеальных диссипативных систем с широким кругом модельных потенциалов. Найдена аналитическая аппроксимация для коэффициента диффузии частиц в сильно-неидеальных системах.

КУЗОРА И.В., СИЛИН В.П., УРЮПИН С.А. — 2004 г.

Для плазмы с двумя сортами ионов, обладающих различными отношениями заряда к массе, описан нагрев ионов ионно-звуковой турбулентностью. Показано, что в пренебрежении столкновениями между ионами двух сортов за исключением одного частного случая соотношения параметров плазмы лишь один из двух сортов ионов нагревается существенно, а температура ионов другого сорта выходит на константу, которая незначительно отличается от начального значения температуры ионов. На примере полностью ионизованной НО-плазмы показано, как столкновительный обмен энергией между ионными компонентами снимает такое ограничение температуры ионов.

КАРТАШОВ И.Н., КУЗЕЛЕВ М.В., РУХАДЗЕ А.А. — 2004 г.

Рассмотрена задача возбуждения электронных колебаний холодной тонкостенной трубчатой плазмы в цилиндрическом волноводе, помещенном в продольное магнитное поле, прямолинейным релятивистским электронным пучком. Для параметров системы, близких к используемым в экспериментах, исследованы ее дисперсионные свойства. Показано, что инкремент возбуждения высокочастотной плазменной волны сравним с инкрементом возбуждения низкочастотной волны, слабо зависящей от величины продольного магнитного поля.

ПУСТОВИТОВ В.Д. — 2004 г.

Рассматривается наблюдаемое в экспериментах на токамаке DIII-D явление усиления внешнего резонансного рассеянного поля на границе устойчивости так называемых “Resistive Wall” мод. Анализ проведен в рамках стандартного цилиндрического приближения. Модель основана на уравнениях Максвелла и законе Ома, поэтому результаты рассмотрения справедливы для любых крупномасштабных мод, взаимодействующих с проводящей стенкой. В отличие от прежних подходов предложенная модель рассматривает усиление резонансного поля как динамический эффект. Показано, что в условиях, когда он наиболее силен, предлагавшиеся ранее стационарные решения неприменимы. Анализируется вопрос о реакции плазмы на зондирующий импульс резонансного поля заданной амплитуды и длительности. Полученные соотношения объясняют основные черты наблюдаемых явлений на токамаке DIII-D и допускают прямую экспериментальную проверку.

ЗВОНКОВ А.В., СКОВОРОДА А.А. — 2004 г.

Выполнение условия Бернштейна-Кадомцева в условиях нарушения критерия Мерсье приводит к понижению инкремента МГД-неустойчивости в тороидальных конфигурациях. При выполнении условия Бернштейна-Кадомцева альфвеновские моды Мерсье заменяются квазижелобковыми звуковыми модами Мерсье. В системах с замкнутыми силовыми линиями выполнение критерия Бернштейна-Кадомцева обеспечивает МГД-устойчивость, но появление небольшого вращательного преобразования из-за магнитных возмущений может вызвать развитие квазижелобковой звуковой неустойчивости с инкрементом, пропорциональным величине возмущения. При этом наибольший инкремент имеют наиболее коротковолновые колебания.

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

Приводятся результаты экспериментальных исследований отрицательной стационарной короны в азоте атмосферного давления в геометрии острие-плоскость при аномально больших для короны токах миллиамперного диапазона. Описана эволюция видимой картины короны с ростом тока вплоть до перехода в искру. Установлено, что вольт-амперная характеристика и видимая картина короны существенно меняются при включении слабой прокачки газа через газоразрядную камеру. Показано, что отрицательная корона в азоте с прокачкой газа, начиная с тока I > 0.5 мА, является стримерной короной, в то время как в отсутствие прокачки стримеры не образуются. В отличие от квадратичной зависимости тока от напряжения в слаботочной короне ВАХ сильноточной короны линейна. Установлена эволюция радиального профиля плотности тока на аноде в процессе распространения шнура в различных экспериментальных условиях.

ЯКОВЛЕВ М.А. — 2004 г.

Представлены результаты численного моделирования пробоя плотного инертного газа электронами пограничного слоя при облучении металлической мишени мощным пикосекундным лазерным импульсом. Показано, что учет электрического поля пограничного слоя приводит к существенному увеличению концентрации затравочных электронов вблизи поверхности мишени, что обеспечивает более быстрое протекание процесса ионизации. Получены зависимости времени пробоя от напряженности электрического поля падающей волны и концентрации атомов газа.

ВАУЛИНА О.С., ДЖЕЙМС Б., МЕЛАНДСО Ф., ПЕТРОВ О.Ф., САМАРЯН А.А. — 2004 г.

Рассмотрена аналитическая модель, обобщающая анализ условий развития неустойчивостей для пылевой плазмы с градиентом заряда макрочастиц в поле действия неэлектростатических сил. Дан обзор различных экспериментальных наблюдений пылевых автоколебаний в плазме емкостного ВЧ-разряда и тлеющего разряда постоянного тока, возникновение которых можно объяснить в рамках предлагаемой модели. Показано, что изменение заряда макрочастиц является причиной формирования динамических пылевых структур в лабораторной плазме газовых разрядов. Основное внимание уделяется анализу формирования вихревого движения макрочастиц.

КУСАМА Й., МИРОНОВ М.И., ХУДОЛЕЕВ А.В. — 2004 г.

Применение корпускулярной диагностики в области высоких (E > 0.2МэВ) энергий, позволяет проводить измерение функции распределения быстрых атомов, образовавшихся, в основном, в результате нейтрализации ионов изотопов водорода на Н-подобных ионах примесей - мишени. Для восстановления из данных измерений функции распределения ионов, необходимо знать состав и пространственное распределение мишени в плазме токамака. Мишень для перезарядки образуется в результате взаимодействия ядер основных примесей с нейтральными пучками, используемыми при нагревной инжекции. Поскольку на разных установках используется разное расположение нагревных пучков по отношению к местоположению диагностического прибора, появляется необходимость конкретного расчета траекторий вторичных ионов для точного учета их вклада в измеряемый сигнал. Описывается разработанная модель, сочетающая учет элементарных процессов, приводящих к установлению ионизационного равновесия различных ионов примесей, с расчетом движения ионов в конкретной геометрии токамака. В качестве примера рассматривается вариант плазмы JT-60U. Исследуется влияние различных механизмов формирования потоков атомов перезарядки в зависимости от их энергии. Результаты расчетов позволяют определить относительный вклад различных нагревных инжекторов в формирование потока перезарядки. На основании анализа расчетных данных выдвигается предложение по локальному измерению функции распределения ионов с помощью неподвижного анализатора.

ГУРЧЕНКО А.Д., ГУСАКОВ Е.З., ЛАРИОНОВ М.М., НОВИК К.М., САВЕЛЬЕВ А.Н., СЕЛЕНИН В.Л., СТЕПАНОВ А.Ю. — 2004 г.

Диагностика радарного рассеяния назад в верхнем гибридном резонансе с разрешением по волновым векторам была применена для исследования низкочастотной коротковолновой турбулентности в плазме токамака ФТ-1. Спектры рассеяния измерены с разрешением по временам задержки рассеянного сигнала. Показана пропорциональность ширины спектра усиленного рассеяния на спонтанных флуктуациях времени задержки измерений. Предложены и обсуждены возможные механизмы формирования спектров. В результате моделирования и проведения дополнительных экспериментов определены доминирующие механизмы формирования спектра на токамаке ФТ-1, основанные на многократном малоугловом рассеянии на длинноволновых флуктуациях как зондирующей, так и обратно рассеянной в верхнем гибридном резонансе волн, а также на эффекте доплеровского уширения спектра коротковолновых флуктуаций, переносимых потоком интенсивной крупномасштабной турбулентности.

БАБИЧ Л.П., ДОНСКОЙ Е.Н., ИЛЬКАЕВ Р.И., КУЦЫК И.М., РЮССЕЛЬ-ДЮПРЕ Р.А. — 2004 г.

Методом Монте-Карло выполнено численное моделирование лавины релятивистских убегающих электронов в воздухе с учетом большого числа элементарных процессов с участием электронов, позитронов и фотонов. Вычислена зависимость характерного времени усиления лавины от перенапряжения 5 относительно минимума силы трения электронов с атомарными частицами среды. Исследована динамика формирования распределения электронов по энергиям. Установившаяся средняя энергия электронов слабо зависит от 5. В широком диапазоне значений 5 существует универсальное распределение по энергиям, практически не зависящее от 5. Вычислены угловые распределения электронов всех энергий и угловые распределения энергетических групп. Получены аналитические аппроксимации энергетических и угловых распределений.

ДАЩЕНКО А.И., ШЕВЕРА И.В., ШУАИБОВ А.К. — 2004 г.

Приводятся результаты исследования электрических и оптических характеристик плазмы поперечного высокочастотного разряда в смеси ксенона с хлором при давлении p ≤ 400 Па. Возбуждение газовых смесей осуществлялось модулированным высокочастотным разрядом (f = 1.76 МГц), который зажигался в поперечной системе электродов (L ≤ 17 см). Изучались спектры излучения в области 210-600 нм, осциллограммы напряжения, тока и излучения плазмы. Исследованы зависимости мощности УФ-излучения разряда от давления и состава смеси Xe/Cl 2. Установлено, что исследуемый разряд на смеси ксенона с хлором является планарным эксимерно-галогенным излучателем в спектральном диапазоне 220-450 нм на системе перекрывающихся между собой полос ХеС1(D, B-X; B, C-A) и C1 2(D'-A'). Поперечный высокочастотный разряд в смеси Xe/C1 2 может быть использован для разработки мощного широкополосного излучателя с двумя планарными апертурами величиной по 50 см 2 и небольшой скоростью замены рабочей среды.

ПОЛЯКОВ А.В. — 2004 г.

При помощи численного анализа исследуется процесс ускорения протонов солнечного ветра в токовом слое в хвостовой части магнитосферы Земли, где происходит пересоединение магнитных силовых линий. Используется модель динамического токового слоя, предложенная С.И. Сыроватским. Анализируется динамика такого слоя в применении к условиям магнитосферы Земли. В дополнении к известным решениям получен вариант сжимающегося токового слоя. Численно рассчитаны изменения структуры магнитного поля со временем, происходящие в рамках этой модели. Рассчитан и проанализирован энергетический спектр протонов, ускоренных в слое индукционными электрическими полями, при быстрых изменениях его топологии. Процессы ускорения протонов рассматриваются вплоть до распада токового слоя в ходе его развития.

АКЕНТЬЕВ Р.Ю., АРЖАННИКОВ А.В., АСТРЕЛИН В.Т., БУРДАКОВ А.В., ИВАНОВ И.А., КОЙДАН В.С., МЕКЛЕР К.И., ПОЛОСАТКИН С.В., ПОСТУПАЕВ В.В., РОВЕНСКИХ А.Ф., СИНИЦКИЙ С.Л. — 2004 г.

Представлены результаты экспериментов по инжекции твердотельных крупинок в нагретую электронным пучком плазму на установке ГОЛ-3. Для этого на установке смонтированы два инжектора крупинок. Эксперименты проводились при следущих параметрах: основная плазма с плотностью ~10 15 см -3, создававшаяся в соленоиде с полем 4.8 Тл, нагревалась мощным электронным пучком (1 МэВ, ~7 мкс, 120-150 кДж). Перед началом нагрева в центр плазменного столба перпендикулярно магнитному полю инжектировалась крупинка. Инжекция велась в двух точках по длине плазменного столба - на расстояниях ~6.5 м и ~2 м от входной магнитной пробки. Использовались крупинки из полиэтилена массой 0.1-1 мг и дейтерида лития массой 0.02-0.5 мг. После начала инжекции электронного пучка в плазму в течение нескольких микросекунд образуется сгусток плотной плазмы, разлетающийся первоначально сферически. Затем периферия сгустка нагревается и становится замагниченной. Далее расширение фронта плотной плазмы происходит вдоль магнитного поля со скоростью порядка 300 км/с. Сравнение наблюдаемых величин с расчетами по гидродинамической модели показывает, что для объяснения такой скорости расширения сгустка плотность падающей полной энергии на крупинку должна быть ~1 кДж/см 2. Это число превышает соответствующую величину для основной плазмы, т.е. наблюдается концентрация энергии поперек магнитного поля в плотный сгусток испаренной макрочастицы.