научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

ОВЧИННИКОВ К.Н., УРЮПИН С.А. — 2013 г.

Изучены особенности взаимодействия сравнительно слабого электромагнитного импульса с токонесущей неизотермической плазмой, в которой дрейфовая скорость электронов много больше ионно-звуковой скорости, но меньше тепловой скорости электронов. Если за время действия импульса не происходит изменения состояния плазмы с ионно-звуковой турбулентностью, то проникновение поля в плазму происходит в режиме обычной диффузии, но с коэффициентом диффузии обратно пропорциональным аномальной проводимости. Если же во время действия импульса из-за турбулентного нагрева изменяются температуры частиц и напряженность поддерживающего ток поля, то проникновение поля происходит в режиме субдиффузии. Показано, как по измерению поля отраженного импульса можно обнаружить явление субдиффузии.

КУЗИЧЕВ И.В., ШКЛЯР Д.Р. — 2013 г.

При распространении квазиэлектростатической свистовой волны в направлении возрастания нижнегибридной (НГР) частоты происходит ее отражение от области, где частота волны становится меньше частоты НГР. Это явление обычно описывается в рамках геометрической оптики. Для волны, распространяющейся по магнитосферной траектории, НГР-отражение часто происходит в области ионосферы, где столкновения электронов с нейтралами играют важную роль, приводя к затуханию волны. В этом случае волновой подход для описания НГР-отражения является наиболее последовательным. Развитие такого подхода составляет содержание настоящей работы. Рассчитаны коэффициенты отражения волны для различных параметров плазмы. Рассмотрена связь данной задачи с проблемой выхода свистовых волн на поверхность Земли.

ВДОВИН В.Л. — 2013 г.

Предлагается инновационная концепция и моделирование трехмерным полным волновым кодом внеосевой генерации тока ВЧ-волнами в больших токамаках, ИТЭР и ДЕМО для стационарной работы с высокой эффективностью. Схема использует излучение геликонов (быстрые магнитно-звуковые волны на высоких (20–40) гармониках ионной циклотронной частоты) на частотах 500–700 МГц, распространяющихся во внешних областях плазмы с вращательным преобразованием. Ожидается, что ток, генерируемый геликонами, в сочетании с бутстрэп-током обеспечит поддержание заданной величины полного тока при запасе устойчивости q(0) 2 и q(а) 4 и будет способствовать получению режимов с отрицательным магнитным широм и внутренним транспортным барьером для обеспечения устойчивости при высоких значениях нормализованного давления плазмы N > 3 (т.н. продвинутые (advanced) сценарии), интересных для коммерческого реактора. Моделирование с помощью 3D полных волновых кодов PSTELION и STELEC показало возможность гибкого контроля профиля тока в реакторной плазме ИТЭР и ДЕМО, используя несколько частот, расположение антенн и тороидальное замедление волн. Приведены также результаты моделирования генерации тока геликонами в токамаках DIII-D, T-15МД и JT-60AS. Коммерчески доступные клистроны уровня МВт/лампу, работающие стационарно, перспективны для коммерческих стационарных реакторов синтеза. Предложены компактные антенны волноводного типа и дан пример возможной ВЧ-системы для сегодняшних токамаков. Преимуществами схемы (апробированной частично на меньших частотах в токамаках) являются существенное уменьшение роли параметрических неустойчивостей на периферии плазмы, использование электрически прочных антенн резонаторно-волноводного типа и существенно большая связь антенна–плазма.

ВАСИЛЬКОВ Д.Г., ХОЛЬНОВ Ю.В., ЩЕПЕТОВ С.В. — 2013 г.

Экспериментально установлено существование дальних пространственных корреляций в турбулентной плазме и прослежена их связь с геометрией магнитных поверхностей в стеллараторе Л-2М (Plasma Phys. Control. Fusion. 2008. V. 50. 045001). Исследованы режимы работы установки, при которых в плазме возможны быстрые транспортные переходы. Во время данных переходов происходит резкое уменьшение уровня турбулентности. Показано, что дальние пространственные корреляции характерны для достаточно узких диапазонов частот. В частности, до транспортного перехода такими являются частоты f 30–40 кГц и f 1–3 кГц. После транспортного перехода корреляции в области f 30–40 кГц исчезают, что связано с резким уменьшением уровня турбулентности в данной области, при этом сохраняются корреляции в области низких частот и появляется новая область в частотном диапазоне f 6–12 кГц. Установлено, что основой глобальных электромагнитных осцилляций с частотой f 1–3 кГц является возмущение с m = n = 0, обладающее тороидальными сателлитами (m и n - соответственно полоидальное и тороидальное волновые числа). Показано так же, что после транспортного перехода возбуждаются осцилляции с характерной частотой геодезической акустической моды на средней кривизне магнитного поля, являющиеся, однако, электромагнитной трехмерной локализованной модой. Наконец указано, что в диапазоне более высоких частот, типичных для геодезической акустической моды, связанной с трехмерной кривизной, дальних пространственных корреляций как до, так и после перехода обнаружено не было.

КОВАЛЕВА И.Х. — 2013 г.

Рассмотрены условия возбуждения мелкомасштабных нелинейных ионно-циклотронных градиентно-дрейфовых диссипативных структур для ионосферной холодной плазмы. Для волнового электрического поля в этой структуре в электростатическом приближении получено решение в форме солитона с чирпом, являющегося решением уравнения Гинзбурга–Ландау. Вся диссипативная структура представляет собой солитон с чирпом, сопровождаемый движением связанного с ним зарядово-нейтрального сгустка плотности плазмы. Рассмотрены возможности возбуждения двух мод данного вида (высокочастотной и низкочастотной) в плазме, содержащей примеси из легких и тяжелых ионов. Обсуждаются электромагнитные поправки и возможный вклад, который движение данных структур вносит в процессы переноса в ионосфере.

ПОПОВ Н.А. — 2013 г.

Представлены результаты расчетов диссоциации молекул азота в импульсно-периодическом барьерном разряде при атмосферном давлении. Показано, что тушение основных предиссоциирующих состояний при этом давлении относительно невелико и использование сечения диссоциации N2 электронным ударом из работы [Cosby // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 9544] позволяет адекватно описать наработку атомов в рассматриваемых экспериментальных условиях при атмосферном давлении.

ЛУКИНА Н.А., СЕРГЕЙЧЕВ К.Ф., ФЕСЕНКО А.А. — 2013 г.

Методами оптической спектроскопии и радиофизики показано, что время жизни аргон-ртутной плазмы высокой концентрации n > 1012 см-3, созданной коротким t 20 мкс мощным импульсным разрядом с током 50 А в аргоне (при давлении 4 мм рт. ст.) с примесью паров ртути (при давлении 10-3 мм рт. ст.) после окончания импульса разряда имеет продолжительность до 10-2 с. Показано, что аномально долгое существование плазмы послесвечения по сравнению с разрядом в аргоне (без ртути) связано с длительным пребыванием атомов и ионов как аргона, так и ртути в высоких возбужденных состояниях, которое объясняется протекающими в ней хемоионизационными процессами с участием долгоживущих метастабильных атомов аргона. Высказано предположение об активной роли диссоциативной рекомбинации высоко возбужденных молекулярных ионов аргона в передаче возбуждений атомам и ионам аргона, близких к автоионизационным состояниям.

АЗАРЕНКОВ Н.А., ГРИШАНОВ Н.И. — 2013 г.

Вклад пролетных и двух групп запертых частиц в продольные (по отношению к магнитному полю) компоненты диэлектрической восприимчивости определен через решение дрейфово-кинетических уравнений для этих частиц в аксиально-симметричных токамаках с равновесием по Соловьеву. Полученные диэлектрические характеристики приемлемы для исследования линейных волновых процессов в области частот альфвеновских и быстрых магнитозвуковых волн в токамаках с большим и малым аспектными отношениями, с магнитными поверхностями круглого эллиптического и D-образного сечения. Высокочастотная мощность, поглощаемая в плазме за счет затухания Ландау на электронах, вычисляется путем суммирования членов, содержащих мнимую часть как диагональных, так и недиагональных компонентов продольной восприимчивости. Численные расчеты мнимой части продольной восприимчивости выполнены для сферических токамаков в широкой области частот и радиусов магнитных поверхностей.

БЯЛКОВСКИЙ О.А., ГАВРИЛИН Р.О., ГОЛУБЕВ А.А., ГУБСКИЙ К.Л., КУЗНЕЦОВ А.П., РУДСКОЙ И.В., САВИН С.М., ТУРТИКОВ В.И., ХУДОМЯСОВ А.В. — 2013 г.

Методами лазерной интерферометрии проведены измерения плотности свободных электронов и степени ионизации плазмы водородной мишени, предназначенной для экспериментов по измерению энергетических потерь пучков тяжелых ионов в ионизованном веществе. Показано, что изменением начальных параметров плазмы – давления водорода в мишени и тока разряда – можно изменять величину линейной электронной плотности в диапазоне от 3.3 ? 1017 cм-2 до 1.3 ? 1018 cм-2. Погрешность измерения линейной электронной плотности составила менее 1% во вcем диапазоне изменяемых параметров плазмы. Максимальная степень ионизации плазмы была достигнута при начальном давлении 1 мбар и составила величину 0.62 ± 0.05.

АРСЕНИН В.В. — 2013 г.

Равновесие плазмы в осесимметричой тороидальной ловушке в области около магнитной оси описывается в ортогональных потоковых координатах. Для случая плотности тока, постоянной возле оси, и формы сечения магнитных поверхностей, близкой к круговой, разложениями по обратному аспектному отношению получены выражения для полоидальной и тороидальной компонент магнитного поля в таких координатах. Из этих выражений просто выводятся соотношения величин в изодинамическом равновесии, в котором модуль магнитного поля не изменяется вдоль магнитной поверхности (конфигурация Палумбо).

ГРИЦИНИН С.И., ГУЩИН П.А., ДАВЫДОВ А.М., ИВАНОВ Е.В., КОССЫЙ И.А. — 2013 г.

Описывается вариант импульсного микроволнового коаксиального капиллярного источника плазмы, генерирующего тонкую плазменную “нить” вдоль оси капилляра в потоке аргона атмосферного давления. Исследована динамика формирования “нити”, определены параметры газа и плазмы в области контракции. Представлена физическая модель формирования и распространения разряда, основанная на предположении о реализации в эксперименте в условиях исходно сильной подпороговости специфической разрядной формы, известной, как самостоятельно-несамостоятельный (СНС) микроволновый разряд.

АНТИПЕНКОВ A., БЕРЕЖЕЦКИЙ М.С., БОНДАРЬ Ю.И., ВАСИЛЬКОВ Д.Г., ВАФИН И.Ю., ВИЗГАЛОВ И.В., ВОРОНОВ Г.С., ВОРОНОВА Е.В., ВОРХ Л., ГРЕБЕНЩИКОВ С.Е., ГРИШИНА И.А., КУРНАЕВ В.А., ЛАРИОНОВА Н.Ф., ЛЕТУНОВ А.А., ЛОГВИНЕНКО В.П., МЕЩЕРЯКОВ А.И., ПИРС Р., ПЛЕШКОВ Е.И., ПОДОЛЯКО Ф.С., СОРОКИН И.А., УРУСОВ В.А., ФЕДЯНИН О.И., ХОЛЬНОВ Ю.В., ЦЫГАНКОВ В.А., ЩЕПЕТОВ С.В. — 2013 г.

Описываются результаты испытаний на стеллараторе Л-2М одного из возможных решений проблемы поиска микротечи воды в системе охлаждения вакуумной камеры и первой стенки реактора ИТЭР. Идея состоит в обнаружении методами спектроскопии излучения линий гидроксила ОН, образующегося при диссоциации в плазме молекулы воды. Излучение в спектральной полосе 305–310 нм может быть обнаружено при уровне натекания воды менее 1 ? 10-4 Па м3. Химическое взаимодействие воды с соединениями бора на стенках вакуумной камеры приводит к задержке регистрации возникновения течи порядка 2000 секунд. Аналогичное явление можно ожидать при появлении течи в ИТЭР, где предполагаемые материалы для покрытия первой стенки (Be, Li) также химически взаимодействуют с водой.

АСТАПЕНКО Г.И., ВОЙТЕНКО Д.А., КРАУЗ В.И., МАТВЕЕВ Ю.В., МИТРОФАНОВ К.Н. — 2013 г.

Представлены результаты измерений магнитных полей в области пинчевания плазмы при сжатии токово-плазменной оболочки в разряде в дейтерии на установке плазменный фокус КПФ-4-ФЕНИКС. Исследована при помощи магнитозондовой методики “тонкая” структура токонесущей плазменной оболочки (ударная волна – магнитный поршень) и ее изменение по мере сжатия плазмы к оси установки. Показано, что эффективность транспортировки тока плазменной оболочкой в приосевую область установки не превышает 65% от полного разрядного тока. Интегральный выход нейтронов Yn хорошо описывается зависимостью Yn (1.5-3)?1010I , где Ip – ток пинча внутри области r 22 мм.

ВОРОНА Н.А., ГАВРИКОВ А.В., САМОХИН А.А., СМИРНОВ В.П. — 2013 г.

Развита концепция плазменной сепарации отработавшего ядерного топлива в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, в электрическом потенциале специальной конфигурации. Особенность рассматриваемого подхода состоит в использовании ускоряющего потенциала для преодоления энергетического и углового разбросов ионов плазмы вещества на входе в камеру сепаратора и потенциальной ямы для пространственного разделения ионов разных масс. Для обоснования проведены расчеты траекторий ионов вещества, моделирующего отработавшее ядерное топливо. Расчеты выполнены для азимутального и аксиального магнитного поля и модельных конфигураций электрического поля, отражающих различную геометрию камеры сепаратора. Показано, что в магнитных полях с характерным значением напряженности около 1 кГс и электрических потенциалах до 1 кВ внутри объема с линейным размером, не превышающим 100 см, возможна сепарация ионов вещества отработавшего ядерного топлива с энергиями в диапазоне от 0.2 до 3 эВ. Расчеты сделаны для бесстолкновительного режима в одночастичном приближении. В работе предложены возможные варианты экспериментальной установки для плазменной сепарации отработавшего ядерного топлива.

ЕСЕЕВ М.К., КОБЕЦ А.Г., МЕШКОВ И.Н., РУДАКОВ А.Ю., ЯКОВЕНКО С.Л. — 2013 г.

Представлены результаты экспериментальных исследований накопления заряженной плазмы в устройстве типа ловушки Пеннинга–Малмберга на установке LEPTA. Отмечено резкое увеличение количества накопленных частиц при использовании технологии “вращающейся стенки”, т.е. при включении поперечного вращающегося электрического поля в разрезном электроде в области накопления. Изучены условия сжатия поперечных размеров сгустка при использовании “вращающейся стенки” и буферного газа. Определены оптимальные параметры накопления в условиях описываемых экспериментов. Обсуждаются механизмы действия вращающегося поля и буферного газа.

АНДРЕЕВ В.Ф., КАСЬЯНОВА Н.В., СКОВОРОДА А.А., СПИЦЫН А.В. — 2013 г.

Приводятся материаловедческие исследования углеродных полых наносфер (нанокапсул), образованных в термоядерных установках типа токамак в результате взаимодействия плазмы со стенкой, и аналогичных метеоритным онионам. Показана возможность материаловедческого изучения зернограничных фазовых переходов в твердых материалах (металлах) с использованием плазмостимулированной газопроницаемости водорода. Для таких материаловедческих исследований предлагается использовать термин плазменное материаловедение.

ДРОЗДОВ И.Ю., ЕРШОВ Д.А., ЗАВЬЯЛОВ Н.В., КОРКИН Д.С., МАСЛОВ В.В., МОЛОДЦЕВ Д.А., РУМЯНЦЕВ В.Г., СМЕРДОВ В.И., ФАЛИН А.П., ЮХИМЧУК А.А. — 2013 г.

Представлены результаты предварительных экспериментальных исследований нейтронного излучения, генерируемого сферической камерой с плазменным фокусом, заполненной равнокомпонентной смесью дейтерия и трития (ДТ). При максимальной амплитуде тока в газоразрядной камере 1.5 МА зарегистрированы импульсы нейтронного излучения длительностью на полувысоте 75–80 нс и интегральным выходом 1.3 ? 1013 ДТ-нейтронов.

ГРИШИНА И.А., ИВАНОВ В.А., КОВРИЖНЫХ Л.М. — 2013 г.

Дан обзор наиболее интересных результатов, представленных на XXXIX Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу.

2013

АРТЕМЬЕВ А.В., ЗЕЛЁНЫЙ Л.М., КАРЦЕВ Ю.И., МАЛОВА Х.В. — 2013 г.

Исследуется динамика ионов в бифурцированных токовых слоях с двумя максимумами плотности тока, наблюдаемых в хвосте земной магнитосферы и в солнечном ветре. Движение ионов описывается гамильтоновой системой с двумя степенями свободы. При этом наличие малого параметра , характеризующего отношение амплитуд нормальной и тангенциальной компонент магнитного поля, позволяет разделить переменные на быстрые и медленные и ввести квазиадиабатический инвариант движения Iz. Сохранение этого инварианта позволяет описать динамику заряженных частиц аналитически. Исследуются отклонения динамики частиц от квазиадиабатической, связанные с нарушением сохранения квазиадиабатического инварианта движения. Показано, что скачок инварианта Iz степенным образом зависит от малого параметра Iz h, где степень h изменяется от единицы до 3/4 в зависимости от степени бифуркации токового слоя. Полученная зависимость Iz от совпадает с аналитическими выражениями для предельных случаев небифурцированного и полностью бифурцированного токовых слоев