SCI Библиотека

Одной из основных проблем для устройств инерциального электростатического удержания с инжекцией электронов является нейтрализация пространственного
заряда. Данная работа посвящена анализу проблемы квазинейтральности плазмы
в схеме осцилляторного удержания ионов на основе наносекундного вакуумного разряда (НВР). Электродинамическое моделирование процессов анейтронного синтеза протон–бор показало, что плазма в НВР, и особенно на оси разряда, действительно соответствует квазинейтральному режиму, заметно отличающемуся от известной схемы периодически осциллирующих плазменных сфер (ПОПС). В этом случае малые осцилляции в НВР есть механизм резонансного нагрева ионов, в отличии от когерентных сжатий в оригинальной модели ПОПС. Скейлинг мощности синтеза оказывается близок к схеме синтеза с ПОПС, но существенно отличается величинами па-раметра квазинейтральности и степени сжатия.

Ранее в наносекундным вакуумном разряде (НВР) с дейтерированным Pd-анодом наблюдалось появление DD-нейтронов не только на хорошо изученной квазистационарной стадии, где в межэлектродном пространстве возникает виртуальный катод (ВК), но и на самой начальной стадии разряда. Анализ эксперимента показывает, что автоэлектронный пучок может играть роль своего рода триггера для запуска процессов DD-синтеза на поверхности или в объеме Pd-анода, но его механизм на начальной стадии разряда оставался неясным. В данной работе проведено PIC-моделирование возможного частичного проникновения пучка автоэлектронов внутрь полых анодных Pd-трубок. Это приводит к образованию короткоживущих ВК очень малых размеров внутри отдельных Pd-трубок, где, начиная с величины тока в 100 А, оказывается возможен DD-микросинтез. Показано, что в устройствах с осциллирующими ионами скейлинг мощности DD-синтеза, которая увеличивается с уменьшением радиуса ВК, может сохраняться вплоть до rВК  0,02 см.

Рассмотрена задача о емкостном ВЧ-разряде низкого давления ( << ) с электродами большой площади при возбуждении его электромагнитным полем частотой от 13 до 900 МГц. Получены общие аналитические формулы для амплитуд собственных волн и импеданса разряда. Учтено, что возбуждение поверхностных волн и высших нераспространяющихся мод происходит как благодаря осевой неоднородности структуры «плазма-слой-металл», так и за счет краевых эффектов у среза электрода. Более высокая амплитуда резонансных мод в сравнении с возбуждением разряда ТЕМ-волной в данном случае приводит к бо́льшей изрезанности зависимости импеданса разряда от плотности электронов. Данный вывод подтвержден прямым расчетом импеданса с помощью программы Comsol Multiphysics®.

В работе представлен анализ данных по сечениям упругих и неупругих столкновений электронов с атомами благородных газов. Рассмотрены транспортное (диффузионное) сечение, сечения возбуждения и ионизации. Для выбранных наборов экспериментальных и теоретических данных найдены оптимальные аналитические формулы и для них подобраны аппроксимационные коэффициенты. Полученные полуэмпирические формулы позволяют воспроизводить значения сечений в широком диапазоне энергий столкновения от 0,001 до 10000 эВ с точностью нескольких процентов.

Исследовано влияние на параметры разряда в цезий – ртуть – ксеноновой парогазовой смеси возвращенного обратно в плазму собственного излучения газоразрядной лампы. Изучены трансформация спектра излучения, формирование плазменного канала при достижении квазистационарной стадии. В результате исследования самообращения резонансной линии цезия доказана определяющая роль роста давления паров плазмообразующей среды на изменение характеристик плазмы.

Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной «XLVI Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу», состоявшейся с 18 по 22 марта 2019 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.

Определены температуры однозарядных и двухзарядных ионов криптона, а также электронов в зависимости от времени в токовых слоях, сформированных в 2D и 3D магнитных конфигурациях с X линией. Установлено, что максимальная температура ионов криптона более чем на порядок превышает максимальную температуру электронов, обе температуры характеризуются разной зависимостью от времени и величины продольного магнитного поля. Обнаружены быстрые, сверхтепловые потоки плазмы, направленные вдоль наибольшего из поперечных размеров токового слоя - ширины слоя, от центра слоя к периферии. Показано, что тангенциальное ускорение крипто-новой плазмы происходит под действием сил Ампера. Измеренные значения энергии ускоренных ионов криптона согласуются с оценками сил Ампера, выполненными на основе независимых магнитных измерений.

Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLVII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 16 по 20 марта 2020 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.

Представлен обзор экспериментальных результатов по изучению особенностей структуры и эволюции плазменных токовых слоев, которые формируются в трехмерных (3D) магнитных конфигурациях с Xлинией, в присутствии продольной компоненты магнитного поля, направленной вдоль Xлинии. Показано, что в процессе развития плазменного токового слоя происходит усиление продольной компоненты в пределах слоя. Избыточное продольное поле поддерживается токами плазмы, которые протекают в поперечной плоскости по отношению к основному току в слое, в результате структура токов становится трехмерной. При увеличении начального значения продольной компоненты уменьшается степень сжатия в слой, как электрического тока, так и плазмы, что обусловлено изменением баланса давлений в слое при появлении в нем избыточного продольного поля. Деформация плазменных токовых слоев, а именно, появление в 3D магнитных конфигурациях асимметричных и изогнутых слоев, возникает при возбуждении токов Холла и их взаимодействии с продольной компонентой магнитного поля. Показано, что формирование токовых слоев в 3D магнитных конфигурациях с X–линией возможно в достаточно широком, но ограниченном диапазоне начальных условий.

Представлены результаты измерения продольного электрического тока, возбуждаемого в тороидальной плазме стелларатора Л-2М в результате мощного импульсного СВЧ-нагрева (мощность до 600 кВт, длительность импульса до 20 мс). В экспериментах для создания и нагрева плазмы в стеллараторе использовалось СВЧ-излучение гиротронов на частоте 75 ГГц, равной частоте 2-й гармоники электронного циклотронного резонанса для магнитного поля с индукцией В = 1,34 Тл в центре плазменного шнура. Для измерения токов в плазме использовались диагностические системы стелларатора, предназначенные для регистрации изменений во времени поперечного и полоидального магнитных полей. Показано, что наличие в конструкции стелларатора железного трансформатора омического нагрева существенно влияет на временное развитие токов равновесия вследствие значительной индуктивности плазменного шнура. При компенсации индуктивности этих устройств ожидаемая величина возбуждаемого в плазме тока может достигать величины около 7 кА.