научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

АЛЕКСАНДРОВ В.В., ГРАБОВСКИЙ Е.В., ГРИЦУК А.Н., ЛАУХИН Я.Н., МИТРОФАНОВ К.Н., ОЛЕЙНИК Г.М., САМОХИН А.А., ФРОЛОВ И.Н. — 2014 г.

Изучено влияние несинхронности срабатывания модулей установки Ангара-5-1 на симметрию сжатия плазмы проволочной сборки в режиме Z-пинча. Показано, что увеличение значения среднеквадратичного разброса старта модулей приводит к возникновению заметной азимутальной несимметрии проникновения магнитного поля внутрь проволочной сборки и, как следствие, увеличению длительности импульса мягкого рентгеновского излучения, уменьшению его мощности и смещению Z-пинча относительно оси сборки. Определены необходимые условия для осесимметричного сжатия пинча. Экспериментальные данные о величине и азимутальном распределении тока (магнитного поля) внутри проволочной сборки были получены из измерений магнитными зондами. Положение Z-пинча относительно оси проволочной сборки определялось по двумерным рентгеновским изображениям и по изображениям с радиальной оптической развертки

БУРИНСКАЯ Т.М. — 2014 г.

Поверхность Луны на стороне, освещенной Солнцем, вследствие фотоэмиссии электронов и взаимодействия с плазмой солнечного ветра приобретает электрический заряд. Проведено исследование влияния солнечного ветра на немонотонное распределение потенциала вблизи лунной поверхности в широком диапазоне значений плотности эмитируемых фотоэлектронов. Обнаружено, что при любой плотности фотоэлектронов потенциал поверхности имеет наименьшее значение при распространении в системе медленного ветра. Показано, что хотя тепловая скорость электронов может превышать скорость солнечного ветра в несколько раз, учет направленной скорости потока в электронной функции распределения по скоростям приводит к существенным изменениям значений потенциала для участков лунного реголита, необогащенных водородом, для которых работа выхода фотоэлектронов под действием солнечного излучения значительно выше, чем для участков, обогащенных водородом.

БАТАНОВ Г.М., БОРЗОСЕКОВ В.Д., КОЛИК Л.В., МАЛАХОВ Д.В., ПЕТРОВ А.Е., ПШЕНИЧНИКОВ А.А., САРКСЯН К.А., СКВОРЦОВА Н.Н., ХАРЧЕВ Н.К. — 2014 г.

На стеллараторе Л-2М при электронно-циклотронном нагреве плазмы на второй гармонике гирочастоты электронов методом коллективного рассеяния излучения (150 ГГц) изучено изменение энергии и спектров коротковолновых (ks=35см-1) флуктуаций плотности в локальной (r/a=0.5–0.6) области плазменного шнура при варьировании мощности электронно-циклотронного нагрева от 90 до 170 кВт при введении секторного лимитера в периферийную зону плазмы (r/a0.8) и при изменении шафрановского сдвига магнитной оси с помощью поперечного магнитного поля. Результаты измерений усреднялись по 9–16 разрядам установки. Установлен рост энергии флуктуаций плотности с ростом мощности электронно-циклотронного нагрева и при введении секторного лимитера, который коррелирует с падением энергетического времени жизни. В спектрах флуктуаций найдена широкая спектральная полоса в диапазоне 3–50 кГц, спектральная плотность в которой на порядок превышает спектральную плотность в остальных частях спектра. Анализ Фурье спектров показал, что введение секторного лимитера вызывает рост спектральной плотности флуктуаций в области 3–50 кГц, что коррелирует с возрастанием доли квазикогерентных структур в турбулентных флуктуациях плотности.

АБДУЛЛИН И.Ш., БАСЫРОВ Р.Ш., ГАЙСИН АЛ. Ф., САМИТОВА Г.Т., ХАЗИЕВ Р.М., ШАКИРОВА Э.Ф. — 2014 г.

Представлены результаты экспериментального исследования формы, структуры и спектральных характеристик высокочастотного емкостного разряда между капельно-струйным электролитическим электродом и электролитической ячейкой в атмосфере воздуха в диапазоне давления P = 103 105 Па, а также для сравнения приведены опытные данные по разряду между медным штыревым электродом и поверхностью непроточного электролита при атмосферном давлении. Установлено, что между штыревым электродом и поверхностью электролита из насыщенного раствора NaCl в технической воде горит многоканальный разряд, который при напряжениях U 3500 В переходит в факельный разряд. Выявлены особенности горения разряда с капельным электролитическим электродом. Обнаружены разряды различной формы вдоль поверхности медной трубки и струйного электролитического электрода.

ДУЛАТОВ А.К., ЛЕМЕШКО Б.Д., МИХАЙЛОВ Ю.В., ПРОКУРАТОВ И.А., СЕЛИФАНОВ А.Н. — 2014 г.

Представлены результаты измерения временных параметров импульсов жесткого рентгеновского излучения экспериментальных установок плазменного фокуса. Проведен анализ механизмов генерации электронных пучков в пинче плазменного фокуса. На основе обобщения известных механизмов и экспериментальных данных измерения временных параметров импульсов жесткого рентгеновского излучения предложен механизм генерации высокоэнергетичных электронов, учитывающий влияние аномального сопротивления пинча и перераспределение тока по области плазмы, окружающей пинч. Проведено моделирование процессов в плазме пинча на основе предложенного механизма в программе MicroCap. Показано, что только незначительная часть разрядного тока (1–10%) может переходить в ток электронного пучка.

БАКШАЕВ Ю.Л., БРЫЗГУНОВ В.А., ВИХРЕВ В.В., ВОЛОБУЕВ И.В., ДАНЬКО С.А., КАЗАКОВ Е.Д., КЛИР Д., КОРОЛЕВ В.Д., МИРОНЕНКО-МАРЕНКОВ А.Д., ПИМЕНОВ В.Г., СМИРНОВА Е.А., УСТРОЕВ Г.И. — 2014 г.

Приведены результаты измерений нейтронного излучения, возникающего в перетяжке быстрого Z-пинча, на установке С-300 (2МА, 100 нс). Для увеличения концентрации энергии использовалась составная нагрузка, центральная часть (шейка) которой была сделана из микропористого дейтерированного полиэтилена с плотностью 100 мг/см3 и диаметром 1–1.5 мм. Шейка помещалась между агар-агаровыми цилиндриками диаметром 5 мм. Для измерения характеристик нейтронного излучения в 2-х аксиальных и радиальных направлениях использовался времяпролетный метод. Спектр нейтронов восстанавливался из измеренных нейтронных сигналов методом Монте-Карло. Во всех экспериментах проводились измерения пространственно-временных параметров плазмы в перетяжке Z-пинча с помощью диагностического комплекса установки С-300, включающего импульсное покадровое фотографирование в оптическом и ВУФ-МР спектральных диапазонах, оптическую щелевую развертку, регистрацию импульсного мягкого рентгеновского излучения и интегральное фотографирование в области мягкого рентгена. Образование высокотемпературной плотной плазмы в перетяжке Z-пинча сопровождалось возникновением жесткого (с энергией E > 30 кэВ) и мягкого рентгеновского излучения (с энергией E > 1 кэВ и длительностью 2–4 нс) и эмиссией нейтронов. Обнаружена анизотропия в распределениях нейтронов по энергиям в аксиальном направлении. Средняя энергия нейтронов, измеренная в 4-х направлениях относительно оси нагрузки под углами 0° (над анодом), 90°, 180° (под катодом) и 270°, соответственно составляла: 2.1 ± 0.1, 2.5 ± 0.1, 2.6 ± 0.2, 2.4 ± 0.1 МэВ. Максимальный интегральный нейтронный выход для шейки диаметром 1 мм составлял 6 ? 109 [нейтронов]. Выполнены расчеты анизотропии нейтронного излучения для Z-пинча со степенным распределением ионов в области высоких энергий.

БАКШТ Е.Х., БУРАЧЕНКО А.Г., ЕРОФЕЕВ М.В., ТАРАСЕНКО В.Ф. — 2014 г.

В импульсно-периодическом режиме исследованы генерация сверхкороткого лавинного электронного пучка (с.л.э.п.) и рентгеновского излучения в азоте, а также переход от режима однократных импульсов к режиму с высокой частотой следования импульсов. Показано, что в импульсно-периодическом режиме длительность с.л.э.п. на полувысоте больше, а скорость спада напряжения на промежутке меньше, чем в режиме однократных импульсов. Установлено, что экспозиционная доза рентгеновского излучения в импульсно-периодическом режиме увеличивается при давлении азота 90 Торр более чем на порядок, если фронт импульса напряжения уменьшается с 2.5 до 0.3 нс. Число электронов в с.л.э.п. при этом также возрастает. Показано, что при импульсно-периодическом режиме и формировании диффузного разряда нагрев газа в разрядном промежутке приводит к увеличению амплитуды с.л.э.п. (числа электронов в пучке) в несколько раз. При напряжении генератора 25 кВ и давлении азота 90 Торр пучок убегающих электронов зарегистрирован за анодной фольгой при частоте следования импульсов 3.5 кГц.

МИХАЙЛОВ М.И., НЮРЕНБЕРГ Ю., ЦИЛЛЕ Р. — 2014 г.

Показывается, что в стеллараторной конфигурации условие стационарности второго адиабатического инварианта вблизи магнитной оси может быть удовлетворено для всех запертых частиц с хорошей точностью.

БАТАНОВ Г.М., БОРЗОСЕКОВ В.Д., КОЛИК Л.В., КОНЧЕКОВ Е.М., МАЛАХОВ Д.В., ПЕТРОВ А.Е., САРКСЯН К.А., САХАРОВ А.С., СКВОРЦОВА Н.Н., СТЕПАХИН В.Д., ТЕРЕЩЕНКО М.А., ХАРЧЕВ Н.К. — 2014 г.

Исследовано отражение необыкновенной волны, используемой для электронно-циклотронного (ЭЦ) нагрева плазмы на второй гармонике гирочастоты электронов в трехмерной магнитной конфигурации стелларатора Л-2М при наклонном падении микроволнового пучка на плазменный слой. ЭЦ-нагрев осуществляется с помощью двух гиротронов с суммарной мощностью 600–700 кВт (удельная мощность нагрева 2.4–2.8 МВт/м3). Движение области ЭЦ-нагрева регистрировалось с помощью измерения фазы отраженной необыкновенной волны. Установлено движение области ЭЦ-нагрева из центра плазменного шнура на периферию при росте плотности плазмы и измерены коэффициенты отражения. С помощью обратного рассеяния греющего излучения изучены спектры коротковолновых флуктуаций плотности (ks 30 см-1), и измерены коэффициенты обратного рассеяния. Обнаружен десятикратный рост энергии коротковолновых флуктуаций плотности и возрастание спектральной плотности колебаний в диапазоне частот 0.3–1.5 МГц.

КИЧИГИН Г.Н., МИРОШНИЧЕНКО Л.И., СИДОРОВ В.И., ЯЗЕВ С.А. — 2014 г.

Моделируется динамика движения ионов, ускоренных до 10–100 МэВ/нуклон в электрическом поле В/см, которое имеет составляющую вдоль магнитного поля корональных солнечных арок с характерным размером тыс. км. Рассмотрена эволюция движения энергичных ионов, захваченных в магнитной арке с током, имеющей в основании магнитную пробку (модель магнитной ловушки – “пробкотрона”). Обсуждается применимость полученных теоретических результатов для интерпретации гамма-вспышек 23 июля 2002 г. и 28 октября 2003 г. по наблюдениям космической обсерватории RHESSI. В этих двух вспышках в линии захвата нейтронов 2.223 МэВ были локализованы одиночный и парный гамма-источники соответственно, смещенные относительно источников в жестком рентгеновском диапазоне. На основе комплексного анализа многоволновых данных (рентгеновское и гамма-излучение, оптические наблюдения, данные об энергичных солнечных протонах) предложена новая топологическая модель источника ускоренных частиц (типа “пробкотрона”) и новый сценарий события 23 июля 2002 г. Получены указания на возможность ускорения частиц электрическим полем в арках коронального выброса вещества, связанного с крупной вспышкой. Из результатов моделирования следует также, что гамма-источник в линиях возбуждения ( МэВ) должен совпадать с областью взаимодействия ускоренных ионов с фоновой плазмой солнечной атмосферы над пятном вспышечной активной области.

ЗАГИНАЙЛОВ Г.И., ТКАЧЕНКО В.И., ШУНЕМАНН К., ЩЕРБИНИН В.И. — 2014 г.

Исследованы дисперсионные свойства магнитоактивного плазменного волновода в малой окрестности верхней гибридной частоты 1= ( + )1/2, частотном интервале 1 1+ . Здесь численный анализ спектра собственных частот и структуры собственных полей волновода является затруднительным вследствие того, что одно из поперечных волновых чисел становится большим и стремится к бесконечности при приближении к верхней гибридной частоте. Показано, что эта проблема может быть решена путем преобразования дисперсионного уравнения к виду, не имеющему зависимости от этого поперечного волнового числа. Установлено, что дисперсионное уравнение может иметь решением верхнюю гибридную частоту. Изучено влияние параметров магнитоактивного плазменного волновода на свойства таких решений. Приведен анализ структуры полей для волн, частоты которых равны верхней гибридной частоте, а модуль одного из поперечных волновых чисел обращается в бесконечность.

ЗАГИНАЙЛОВ Г.И., ТКАЧЕНКО В.И., ШУНЕМАНН К., ЩЕРБИНИН В.И. — 2014 г.

Исследованы дисперсионные свойства магнитоактивного плазменного волновода в окрестности 1- 1 верхней гибридной частоты 1= ( + )1/2. Показано, что здесь собственные волны плазменного волновода представляются в виде семейств ЕН- и циклотронных НЕ-волн, взаимодействие между которыми является малым везде за исключением окрестностей определенных точек на плоскости ( , kz). Найдены уравнения, описывающие поведение дисперсионных кривых в этих окрестностях. Показано, что ВЧ-ветви ЕН-волн в результате взаимодействия приобретают частоты отсечки высших распространяющихся НЕ-волн. Установлено, что во взаимодействии с циклотронными НЕ-волнами также может участвовать анизотропная НЕ+l-волна. В этом случае ее дисперсионная кривая заходит в нижнюю полуокрестность верхней гибридной частоты, где испытывает модификацию в результате взаимодействия, а затем покидает ее.

КАРТАШОВ И.Н., КУЗЕЛЕВ М.В. — 2014 г.

Обсуждаются дискуссионные аспекты теории непотенциальных поверхностных волн на границе диссипативной материальной среды с частотной дисперсией. На основе известных теоретических результатов и результатов собственных теоретических исследований излагается теория поверхностных волн, справедливая при любой величине диссипации энергии возмущений в среде. Показано, что в случае достаточно сильной диссипации возможны поверхностные волны, физическая природа и закон дисперсии которых кардинально отличаются от того, что общеизвестно для обычных поверхностных волн. Декремент затухания таких волн мал даже при большой диссипации в среде, а групповая и фазовая скорости таких волн превосходят скорость света. Конкретно рассматриваются поверхностные волны на границе вакуум–холодная столкновительная электронная плазма. Обсуждается возможность существования рассмотренных поверхностных волн для различных материальных сред лабораторного и естественного происхождения.

БОБЫЛЕВ Ю.В., КУЗЕЛЕВ М.В. — 2014 г.

Рассмотрены квантовые модели бесстолкновительной плазмы, основанные на уравнениях Шредингера, Клейна–Гордона, Дирака и Паули. В рамках моделей с уравнениями Шредингера и Клейна–Гордона вычислены поперечная и продольная диэлектрические проницаемости изотропной квантовой плазмы без учета спина частиц. Получены дисперсионные уравнения поперечно-продольных волн в пучках квантовых бесспиновых частиц и исследованы простейшие квантовые волны.

БОБЫЛЕВ Ю.В., КУЗЕЛЕВ М.В. — 2014 г.

В рамках квантовых плазменных моделей с уравнениями Дирака и Паули вычислены поперечная и продольная диэлектрические проницаемости изотропной квантовой плазмы. Получены дисперсионные уравнения поперечно-продольных волн в пучках квантовых частиц. Рассмотрены релятивистские продольные и поперечные волны в холодной изотропной квантовой плазме в моделях на основе уравнений Клейна–Гордона и Дирака и спиновые волны в модели с уравнением Паули. Исследованы условия резонансного взаимодействия волна-частица в релятивистской квантовой плазме.

КУЗНЕЦОВ С.В. — 2014 г.

Проведено исследование процесса захвата кильватерной волной, возбуждаемой лазерным импульсом в плазменном канале, электронов из сгустков, инжектируемых в окрестность максимума потенциала кильватерного поля со скоростью меньше фазовой скорости волны. Рассмотрен механизм формирования компактного сгустка электронов в области их захвата кильватерной волной, когда для последующего ускорения в кильватерном поле в основном сохраняются только те электроны инжектированного сгустка, точка захвата которых находится в его фокусирующей области. Аналитически и посредством численного моделирования изучено влияние пространственных размеров инжектируемого сгустка и его немоноэнергетичности на длину сгустка захваченных электронов, а также долю захватываемых частиц. Для инжектированных сгустков электронов различных пространственных размеров относительно характерных размеров кильватерной волны исследовано влияние величины их энергии инжекции на параметры сгустка высокоэнергичных электронов, захваченных и ускоренных в кильватерном поле.

ИВАНОВ И.Е., СТРЕЛКОВ П.С., ТАРАКАНОВ В.П., ШУМЕЙКО Д.В. — 2014 г.

Экспериментально исследуется плазменный релятивистский микроволновый усилитель с коэффициентом усиления около 30 дБ, с мощностью выходного излучения 60–100 МВт в диапазоне частот от 2.4 до 3.2 ГГц. Полная длительность импульса электромагнитного излучения равна длительности импульса тока релятивистского электронного пучка – 500 нс, но максимальное значение мощности излучения наблюдается только в течение 200 нс. В работе показано, что причина изменения мощности излучения в течение импульса тока трубчатого релятивистского электронного пучка состоит в изменении его радиуса и толщины. Из анализа экспериментальных данных и результатов численного моделирования системы следует, что толщина электронного пучка определятся эмиссионной способностью катодной плазмы.

БЯЛКОВСКИЙ О.А., ГУБСКИЙ К.Л., ДОДУЛАД Э.И., КОЗИН Г.И., КУЗНЕЦОВ А.П., ПРОЦЕНКО Е.Д., САВЁЛОВ А.С. — 2014 г.

Представлены результаты разработки методики измерения газокинетического давления корпускулярных потоков импульсной плазмы, в которой в качестве датчика используется звукопровод в виде тонкого стержня, встроенный в оптическую схему лазерного интерферометра. Проведены исследования временной динамики газокинетического давления корпускулярных потоков из области микропинчевого разряда типа низкоиндуктивная вакуумная искра. Большой динамический диапазон измерений 105 позволяет использовать данную методику на различных плазменных установках с широким диапазоном параметров.

АЛЕКСАНДРОВ В.В., ВОЛКОВ Г.С., ГРАБОВСКИЙ Е.В., ГРИЦУК А.Н., ЛАХТЮШКО Н.И., МЕДОВЩИКОВ С.Ф., ОЛЕЙНИК Г.М., СВЕТЛОВ Е.В. — 2014 г.

Приведены результаты измерений анизотропии энергетических потерь сильноточного многопроволочного Z-пинча, проведенных на установке “Ангара-5-1” при токах в нагрузку до 4 МА. Измерения энергетических потерь проводились в направлениях перпендикулярно и вдоль оси пинча, с направления анодного электрода. В качестве основных методик измерения использовались термопарные калориметры без временного разрешения, наносекундные вакуумные рентгеновские фотодиоды за различными фильтрами и радиационный фольговый калориметр с временным разрешением 2 мкс. Для различных геометрий лайнерных сборок и геометрий подводящих высоковольтных электродов проведены измерения азимутальной анизотропии энергетических потерь. Наличие сильной начальной азимутальной неоднородности распределения массы проволочек (секционные сборки), а также использование конусных электродов вместо плоских не приводят к азимутальной неоднородности полных энергетических потерь. Для геометрии цилиндрических многопроволочных сборок проведено сравнение энергетических потерь в боковом направлении и по направлению вдоль оси пинча. По данным измерений детекторами c вакуумным рентгеновским диодом и калориметром, выход излучения в единицу телесного угла в направлении вдоль оси пинча в 2–3 раза меньше, чем выход излучения в направлении перпендикулярно его оси. В осевом направлении плотность потока энергии разлетающейся плазмы превышает плотность потока энергии излучения в 2–3 раза. Измеренный выход излучения в направлении перпендикулярно оси пинча составил от 2.5 до 5 кДж/ср за импульс, а в направлении вдоль оси от 1 до 2 кДж/ср. В пределах погрешности измерений показания методики вакуумного рентгеновского диода и радиационного калориметра хорошо соответствуют друг другу. Проведенные измерения показали, что энергия, переносимая разлетающейся плазмой в единицу телесного угла в направлении перпендикулярном оси пинча, не превышает 10% от энергии мягкого рентгеновского излучения. Как следует из структуры интегрального по времени изображения камеры-обскуры и временных профилей радиальных и аксиальных детекторов с вакуумным рентгеновским диодом, излучение центральной, более высокотемпературной части пинча в радиальном направлении частично заперто окружающей ее относительно малоплотной плазмой “гало”. В осевом направлении спектр излучения можно представить как простое наложение излучения центральной плотной высокотемпературной части пинча и излучения менее плотной и горячей плазмы периферии.

ЕРОХИН А.Н., ЕРОХИН Н.С., ЗОЛЬНИКОВА Н.Н. — 2014 г.

На основе численных расчетов нелинейного нестационарного уравнения второго порядка для фазы волны на траектории частицы рассмотрена динамика серфотронного ускорения электронов электромагнитной волной, распространяющейся поперек внешнего магнитного поля в космической плазме, в зависимости от величины продольного (по отношению к внешнему магнитному полю) импульса электрона. Проведенный анализ показал, что для сильно релятивистских начальных значений продольной компоненты импульса электронов (при неизменных прочих параметрах задачи) их захват в режим ультрарелятивистского серфотронного ускорения происходит в заданном по величине интервале начальной фазы волны на траектории частицы 0). В расчетах полагалось | 0)| . Для значений начальной фазы волны 0 < 0) захват электрона волной происходит сразу, а в случае – 0) 0 захват даже на больших временах расчета не наблюдался. Этот факт позволит существенно упростить оценки затухания волны на ускоряемых частицах. Рассмотрена динамика компонент скорости, импульса и релятивистского фактора электронов при ультрарелятивистском ускорении. Полученные результаты представляют интерес для развития современных представлений о возможных механизмах генерации потоков ультрарелятивистских частиц в космической плазме, корректной интерпретации экспериментальных данных по потокам этих частиц и для обьяснения возможных причин наблюдаемых в гелиосфере отклонений спектров быстрых частиц от стандартных степенных скейлингов, связи этих вариаций с космической погодой.