научный журнал по физике Физика плазмы ISSN: 0367-2921

ЛЕБЕДЕВ Ю.А., ЭПШТЕЙН И.Л., ЮСУПОВА Е.В. — 2013 г.

Излучение второй положительной системы азота использовано для исследования пространственного распределения колебательного распределения молекул азота в состоянии С3Пu в приповерхностном слое плазмы электродного СВЧ-разряда в азоте при давлениях 1–5 Торр. Показано, что колебательное распределение изменяется на масштабах 100 мкм. Сделан вывод о том, что заселение этого состояния идет под действием электронного удара из основного состояния. Проанализированы возможности использования локального приближения для функции распределения электронов по энергиям для объяснения результатов экспериментов.

ШМАТОВ М.Л. — 2013 г.

DOI: 10.7868/S0367292113100119 Список литературы

ВЕРГУНОВА Г.А., ДЕНИСОВ О.Б., ОРЛОВ Н.Ю., РОЗАНОВ В.Б., РОЗМЕЙ О.Н. — 2013 г.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований газодинамических и радиационных процессов в плазме, которую планируется использовать в будущих экспериментах для торможения высокоэнергетичных пучков тяжелых ионов. Эксперименты нацелены на измерение повышенной тормозной способности плазмы по сравнению с холодным веществом. Для надежной интерпретации экспериментальных результатов необходимо создать однородные по температуре и плотности, гидродинамически устойчивые слои плазмы, сохраняющие эти свойства за время прохождения пучка тяжелых ионов, равное 3–5 нс. Описывается методика расчетов газодинамических характеристик плазмы с учетом процессов лучистой теплопроводности. Обсуждаются важные особенности теоретической модели плазмы, известной как ионная модель, которая используется для расчета радиационных характеристик плазмы. Приводится расчет спектра излучения, полученного в результате конверсии лазерного излучения в рентгеновское и прошедшего через мишень, изготовленную из триацетата целлюлозы (С12Н16О8). Спектр прошедшего излучения сравнивается с экспериментальными данными.

ГРИЦИНИН С.И., ДАВЫДОВ А.М., КОССЫЙ И.А., КУЛУМБАЕВ Э.Б., ЛЕЛЕВКИН В.М. — 2013 г.

На основе самосогласованной равновесной газодинамической модели проведен численный анализ характеристик микроволнового разряда в струе аргона, аксиально инжектируемой в коаксиал с укороченным внутренним электродом. Установлены особенности возбуждения и поддержания микроволнового разряда, определена зависимость характеристик от подводимой мощности электромагнитного излучения и расхода газа. Проведено сравнение результатов расчета и эксперимента.

ПУСТОВИТОВ В.Д., ЯНОВСКИЙ В.В. — 2013 г.

Анализируется влияние вращения винтовых мод, взаимодействующих с резистивной стенкой вакуумной камеры (Resistive Wall Mode – RWM) в токамаках, на их устойчивость. Недавно развитая аналитическая теория [Pustovitov V. D. Phys. Plasmas. 2012. V. 19. 062503] предсказывает, что в случае, когда толщина скин-слоя s становится значительно меньше толщины стенки dw, резистивная диссипация в стенке в сочетании с вращением моды стабилизируют моду вплоть до полного подавления неустойчивости. Здесь этот эффект изучается без ограничения на величину s/dw, уточняется область применимости прежних аналитических предсказаний и точность асимптотических выражений, связывающих инкремент и частоту вращения RWM. Дисперсионное соотношение для вращающихся мод выводится в одномодовом цилиндрическом приближении, а затем решается численно. Показано, что вращательная стабилизация плазмы, подобная предсказанной ранее, возможна и при s/dw порядка единицы при частоте вращения моды выше критической. Рассчитаны зависимости инкремента моды от ее частоты для разных состояний плазмы. Показано, что при заданном состоянии плазмы с линейным откликом на внешнее возмущение инкремент моды максимален при запирании (потере вращения) мод. Найдена связь минимальной частоты вращения моды, при которой достигается граница устойчивости, с инкрементом моды при ее полном запирании. Рассмотрение доказывает сильное влияние диссипации в стенке на динамику вращающихся и запертых RWM и подтверждает необходимость учета скин-эффекта при ее описании. Полученные оценки позволяют сравнить эти предсказания с экспериментальными результатами.

ДЬЯЧЕНКО В.В., ИРЗАК M.A., ЧЕРОТЧЕНКО Е.Д., ЩЕРБИНИН О.Н. — 2013 г.

В настоящее время в токамаках с малым аспектным отношением метод генерации тока посредством волн нижнегибридного диапазона не применяется, так как при использовании традиционного подхода потребовалось бы создавать слишком большое замедление волн. Однако проведенные ранее в ФТИ исследования новых областей прозрачности для волн в неоднородной замагниченной плазме позволили разработать подход, в котором замедленные волны возбуждаются не в тороидальном, а в полоидальном направлении. При этом умеренно замедленные волны сначала распространяются в полоидальном направлении, а затем поворачивают в тороидальном направлении и входят в плотную плазму. В данной работе приведено дальнейшее развитие этого подхода численными методами: подробно исследовано влияние профиля пристеночной плотности плазмы на эффективность возбуждения волн при выбранных параметрах антенны.

КИЧИГИН Г.Н. — 2013 г.

Решена задача об ускорении частиц в периодически изменяющемся магнитном поле, особенность временного поведения которого заключается в том, что величина поля либо принимает нулевые значения, либо переходит через ноль. Показано, что в процессе изменения магнитного поля, при каждом прохождении величиной поля нулевой отметки, энергия частиц увеличивается скачком. Этот процесс можно назвать нагревом, при котором ионы плазмы достаточно быстро (за один период поля) получают значительное приращение энергии. Предлагаемый метод нагрева плазмы имеет место в отсутствие столкновений плазменных частиц и аналогичен механизму магнитной накачки, рассмотренной Альфеном в столкновительной плазме.

УЛЬЯНОВ Д.К., УЛЬЯНОВ К.Н. — 2013 г.

Рассмотрена неизотермическая модель положительного столба с учетом баланса энергии электронов. Изучено влияние аксиального магнитного поля на характеристики цилиндрического положительного столба разряда низкого давления в гидродинамическом приближении. Показано, что магнитное поле влияет на распределения плотности плазмы, скорости плазмы и энергии электронов. Для гелия при различных значениях магнитного поля рассчитаны зависимости концентрации, энергии электронов и скорости плазмы от радиуса, а также зависимости от радиуса скоростей азимутального движения электронов и ионов. Отмечено, что в уравнениях азимутального движения электронов и ионов необходимо учитывать инерцию. Полученные в гидродинамическом приближении результаты существенным образом отличаются от результатов широко распространенной диффузионной модели положительного столба в аксиальном магнитном поле. Показано, что при увеличении индукции аксиального магнитного поля и плотности газа распределения концентрации и скорости радиального движения плазмы в большей части объема положительного столба приближаются к распределениям, полученным в диффузионном приближении. Однако вблизи стенок всегда наблюдаются существенные различия.

БУРИНСКАЯ Т.М., ШЕВЕЛЕВ М.М. — 2013 г.

Рассматривается нелинейная стадия развития неустойчивости Кельвина–Гельмгольца (К–Г) в плоскопараллельном потоке плазмы конечной ширины. Исследование проводится посредством двумерного численного моделирования системы уравнений идеальной магнитной гидродинамики для изотермических потоков, распространяющихся вдоль магнитного поля. Рассматривается влияние напряженности магнитного поля, температуры, отношения ширины потока к ширине переходного слоя на образование вихревых слоев и крупномасштабные искажения потока. Показано, что для периодических возмущений с длиной волны меньше ширины потока развитие симметричной и антисимметричной мод не имеют качественных различий. Для волн с длиной больше ширины потока динамика развития этих мод существенно отличается, что обусловлено взаимным влиянием границ потока. Анализ развития неустойчивости при различных значениях альфвеновского числа Маха MA показал, что в слабом магнитном поле образуются долгоживущие вихри с размерами порядка ширины потока как для симметричной, так и для антисимметричной моды, однако геометрия вихрей различна. В сильном магнитном поле, MA 5, для обеих мод фаза разрушения вихрей наступает быстрее, чем в слабом, но для антисимметричной моды сильные крупномасштабные искажения границы потока сохраняются достаточно долго. Исследование эволюции начального возмущения, заданного ансамблем случайных малых возмущений, шумом, при различных температурах плазмы показало, что для потока с шириной, сравнимой с размерами переходных областей, развитие неустойчивости К–Г всегда имеет антисимметричный характер и приводит к ярко выраженным крупномасштабным искажениям потока как целого. Для холодной плазмы, CS < 0.5U (CS – скорость звука, U – скорость потока), в отличие от горячей, CS > 0.5U, развитие неустойчивости К–Г приводит к росту антисимметричной моды даже для потока с шириной много больше размера переходных областей.

КРАСОВИЦКИЙ В.Б., ТУРИКОВ В.А. — 2013 г.

Найдены условия распространения медленной необыкновенной волны в плотной магнитоактивной плазме. Получено решение системы релятивистских уравнений гидродинамики и уравнений Максвелла в условиях плазменного резонанса, когда фазовая скорость нелинейной волны равна скорости света. Отклонение частоты волны от резонанса сопровождается возникновением нелинейных продольно-поперечных колебаний. Показано, что в этом случае решение самосогласованной системы, полученное усреднением исходных уравнений по высокочастотному периоду волны, является солитоном огибающей. Возможность возбуждения нелинейной волны в плазме внешним электромагнитным импульсом подтверждена численным моделированием.

ГУСЕЙН-ЗАДЕ Н.Г., ЦЫТОВИЧ В.Н. — 2013 г.

Дана история развития теоретических представлений о физике неустойчивости однородной пылевой плазмы относительно ее структуризации, т.е. возникновения сгущений и разрежений плотности пылевых частиц и их концентрации в различные структуры, которые наблюдались в лабораторной плазме и в условиях микрогравитации. Обсуждаются теоретические модели компактных пылевых структур, которые могут появляться на нелинейной стадии структуризационной неустойчивости, и модели системы войдов как окружающих компактные структуры, так и образующихся в центре структур. Возможны два типичные размера структур: меньше или больше характерной длины свободного пробега ионов плазменных потоков. И первые, и вторые могут иметь достаточно регулярные распределения пылевых частиц, но первые, как правило, требуют внешнего удержания, а вторые – могут быть самоподдерживающимися (что представляет отдельный интерес). В данном обзоре они названы пылевыми кластерами и самоорганизованными пылевыми структурами соответственно. Для обоих типов структур существенны новые физические процессы, которые возникают только при наличии пылевой компоненты. Роль нелинейностей в экранировании пылевых частиц большого заряда, часто встречающихся в современных лабораторных экспериментах, оказывается весьма большой, но раньше она не исследовалась. Хотя структуризация возникает как при линейном, так и при нелинейном экранировании, она может сильно различаться в лабораторных и в астрофизических условиях. Исследования по нелинейному экранированию больших зарядов в плазме были начаты несколько десятилетий тому назад, однако до сих пор этот фактор почти не учитывается при интерпретации процессов, происходящих в лабораторной пылевой плазме.

БРАНТОВ А.В., БЫЧЕНКОВ В.Ю. — 2013 г.

Проблема описания переноса заряженных частиц в горячей плазме, когда отношение длины свободного пробега электронов к градиентной длине не очень мало, является одной из ключевых проблем физики плазмы. Однако до сих пор ощущается дефицит системного изложения современного состояния этого вопроса, который в большинстве работ формулируется как проблема нелокального переноса. Настоящим обзором мы восполняем этот пробел, излагая последовательную линейную теорию нелокального переноса для малых возмущений плазмы с произвольной столкновительностью от классического гидродинамического режима сильных столкновений до бесстолкновительного режима, описывая ряд нелинейных моделей переноса и демонстрируя применения теории неклассического переноса для решения ряда задач физики плазмы, прежде всего для плазмы, создаваемой наносекундными лазерными импульсами с интенсивностями 1013 1016 Вт/см2.

БРАНТОВ А.В., БЫЧЕНКОВ В.Ю., РОЗМУС В. — 2013 г.

На основе решения линеаризованного кинетического уравнения с интегралом столкновений в форме Ландау развита теория переноса заряженных частиц для малых потенциальных возмущений в полностью ионизованной плазме, свободная от каких-либо ограничений на характерные временные и пространственные масштабы возмущений. Вычислены ионные потоки, пригодные для произвольной частоты ион-ионных столкновений, позволяющие описывать пространственно-временной нелокальный перенос в плазме. Полученные коэффициенты ионного переноса использованы для вычисления парциального вклада ионов в продольную диэлектрическую проницаемость столкновительной плазмы, которая оказывается пригодной для всего диапазона частот и волновых векторов.

КРАСОВСКИЙ В.Л. — 2013 г.

Рассмотрены строение и устойчивость поперечной электромагнитной волны, распространяющейся со скоростью меньшей скорости света в плазме без внешнего магнитного поля. Стационарная волна конечной амплитуды описывается точными решениями уравнений Власова–Максвелла. Однако, в отличие от хорошо известного электростатического аналога, волны Бернштейна–Грина–Крускала, структура волны тесно связана с наличием захваченных частиц с широм поперечных скоростей, без которых существование волн с показателем преломления большим единицы невозможно. Показано, что главной причиной неустойчивости волны является продольное движение захваченных частиц относительно фоновой плазмы. При определеннных ограничениях на параметры волны найдены выражения для инкрементов в основных режимах неустойчивости.

ГРИШКОВ В.Е., УРЮПИН С.А. — 2013 г.

Найден инкремент неустойчивости Вейбeля в плазме взаимодействующей c импульсом высокочастотного излучения длительность которого меньше или сравнима co временем свободного пробега электронов. Показано, как уменьшается величина инкремента c уменьшением длительности импульса. Описана возможность развития неустойчивости после выключения короткого импульса, когда генерируемое магнитное поле не влияет на движение электронов в высокочастотном поле.

МАЗУР В.А., ЧУЙКО Д.А. — 2013 г.

В рамках одномерно-неоднородной модели среды теоретически, аналитическими средствами изучаются колебания системы “магнитосфера – солнечный ветер”. Свойства колебаний определяются тремя явлениями – неустойчивостью Кельвина–Гельмгольца на тангенциальном разрыве (магнитопаузе), разделяющем магнитосферу и солнечный ветер, наличием в магнитосфере волновода для быстрых магнитозвуковых волн и альфвеновским резонансом – резким усилением поля колебания во внутренней магнитосфере, которое имеет свойства альфвеновской волны. Колебания системы образуют дискретный набор собственных мод. Получены аналитические выражения для частоты и инкремента неустойчивости каждой моды и для функций, описывающих ее пространственную структуру. Все эти величины как от параметра зависят от скорости солнечного ветра. Для каждой моды определены зависимости от этого параметра всех величин, характеризующих моду – порогов неустойчивости, точек максимума и минимума инкремента, пространственного распределения энергии колебания.

ФАЙНШТЕЙН С.М., ФОМИЧЕВ В.В., ЧЕРНОВ Г.П. — 2013 г.

Предложен альтернативный механизм возбуждения гармоник ленгмюровской частоты электронов в результате развития взрывной неустойчивости в системе слаборелятивистский поток–плазма в атмосфере Солнца. Выяснена эффективность нового механизма по сравнению с ранее обсуждаемыми гипотезами.

КРАСОВСКИЙ В.Л. — 2013 г.

Анализируются общие свойства структуры возмущения плазмы с учетом ограничений на область финитного движения частиц около заряженного тела сферической формы. Демонстрируется важная роль такого параметра задачи как внешний радиус сферического слоя, в котором возможно существование захваченных частиц. Радиус сферы захвата определяется граничным условием, налагаемым на уравнение Пуассона. Значение границы области захвата для общего анализа и решения задачи иллюстрируется простыми примерами.

КРАШЕНИННИКОВ С.И., МАРЕНКОВ Е.Д., СМИРНОВ Р.Д. — 2013 г.

Рассмотрено влияние десорбции газа из первой стенки токамаков на восстановление пьедестала в Н-моде после вспышки ЭЛМа. Представлены результаты моделирования в коде FACE десорбции водорода из бериллиевой стенки. Из этих результатов видно, что стенка может оказывать существенное влияние на процессы в плазме только при достаточно низкой температуре (порядка 400 К). Эти выводы согласуются с качественными закономерностями, найденными ранее в нуль-мерном приближении.

СКОВОРОДА А.А. — 2013 г.

Показано, что нет запрета на локальную изодинамичность (постоянство модуля магнитного поля на одной магнитной поверхности) на периферии токамака у сепаратрисы с внутренней Х-точкой. Изодинамический слой из нескольких магнитных поверхностей в токамаке невозможен из-за малости запаса устойчивости q и предопределенности формы поверхностей. Слоистая и глобальная изодинамичность возможна в пинчевых конфигурациях с малым q (конфигурации Палумбо).