Том 50, № 1 (2024)

Физика удержания вращающейся плазмы в магнитном поле с линейной винтовой симметрией изучается в Институте ядерной физики Сибирского отделения (ИЯФ СО) РАН на открытой ловушке СМОЛА. Показателем качества удержания является потоковая скорость плазмы в системе. В работе приведено описание применяемой диагностики на основе зонда Маха в условиях незамагниченной плазмы, которая позволила определить продольную скорость течения в экспериментах. Измеренная продольная потоковая скорость составляла (0.5–5) · 10⁶ см/с в различных режимах работы установки. Обсуждаются зависимости скорости от величины гофрировки магнитного поля. Обнаружен обратный поток запертых частиц, возвращающихся в зону удержания.

С помощью компьютерного моделирования рассчитаны коэффициенты распыления мишеней из Be и W, перспективных материалов для первой стенки и дивертора в токамаке ИТЭР, в широком диапазоне энергий налетающих атомов 10–100 000 эВ. В качестве налетающих частиц выбраны атомы: H, D, T, He, Be, C, N, O, Ne, Ar, W. Показано сильное влияние формы поверхности на получаемые результаты. Рассмотрены предельные случаи плоского потенциального барьера (гладкая поверхность) и сферического потенциального барьера (шероховатая поверхность). Получены данные о средней энергии и угловых распределениях распыленных атомов, необходимые для расчета поступления примесей в плазму токамака. Оценено поступление атомов материала стенки в плазму токамака ИТЭР при распылении стенки потоками быстрых атомов дейтерия и трития, покидающими плазму.

Обнаружен эффект двумерной локализации верхней гибридной (ВГ) волны в магнитном острове. Исследовано влияние этого эффекта на порог и уровень насыщения абсолютной параметрической распадной неустойчивости необыкновенной волны, в результате которой возбуждаются две двумерно локализованные ВГ-волны.

На установке С-300 (2 МА, 400 кВ, 100 нс) наблюдалась генерация сверхжёсткого рентгеновского излучения при магнитном сжатии цилиндрических вложенных алюминиевых сборок с погонной массой ~350 мкг/см, состоящих из алюминиевых проволочек диаметром 15 мкм. На конечной фазе сжатия сборки формируется компактный пинч, состоящий из большого количества располагающихся вдоль оси горячих точек. Эта фаза сопровождается эмиссией мягкого рентгеновского излучения длительностью ~10 нс. Одновременно с импульсами мягкого рентгеновского излучения было обнаружено сверхжёсткое рентгеновское излучение с энергией, превышающей 450 кэВ. Сверхжёсткое рентгеновское излучение измерялось сцинтилляционными детекторами, экранированными свинцом толщиной 20–70 мм. Основной причиной перенапряжения на плазменном столбе представляется перетяжечная неустойчивость.

Представлено описание низкочастотных нелинейных пылевых звуковых волн в запыленной магнитосфере Сатурна, которая содержит электроны двух сортов (“горячие” и “холодные”), подчиняющиеся каппа-распределению, ионы магнитосферы, а также заряженные пылевые частицы. Для соответствующих условий приведен вывод уравнения Захарова–Кузнецова, описывающего нелинейную динамику пылевых звуковых волн в случае низких частот и блинообразной формы волнового пакета вдоль внешнего магнитного поля. Показано, что в условиях магнитосферы Сатурна существуют решения уравнения Захарова–Кузнецова в виде одномерных и трехмерных солитонов. Обсуждаются возможные наблюдения рассматриваемых солитонов в будущих космических миссиях.

Выполнены исследования свойств индуктивного ВЧ-разряда, помещенного в продольное внешнее магнитное поле с индукцией менее 70 Гс при частотах 2, 4 и 13.56 МГц. Экспериментально изучены зависимости области существования разряда, эффективности вложения ВЧ-мощности и структуры ВЧ магнитного поля от индукции внешнего магнитного поля. Экспериментальные результаты сравниваются с расчетами на основании разработанной ранее электромагнитной модели разряда. Показано, что локальный максимум плотности плазмы, наблюдаемый при слабых магнитных полях, связан с резонансным возбуждением волн в источнике плазмы. При частоте 2 МГц возбуждаемая волна близка к поперечному геликону, а при частоте 13.56 МГц по своим свойствам приближается к волне Трайвелписа–Голда.

Введено понятие эквипотенциальной длины положительного квазистационарного стримера в качестве критерия при оценке степени его изолированности. Определена эквипотенциальная длина положительных критических стримеров (стримеров, движущихся в минимальном электрическом поле, достаточном для неограниченного распространения положительного стримера) в нормальной атмосфере, как одиночных, так и находящихся в тонком пучке стримеров. Исследована зависимость эквипотенциальной длины положительных квазистационарных стримеров от внешнего поля, скорости, радиуса и концентрации электронов в головке стримера. Предложен критерий для аналитических моделей квазистационарных стримеров, дающий дополнительное независимое уравнение к системе уравнений, описывающих динамику квазистационарного стримера, и справедливый только для критического стримера. Доказана малость влияния на квазистационарный стример электродов, удаленных от головки стримера на расстояние, большее его эквипотенциальной длины, что подтверждает адекватность использования эквипотенциальной длины для оценки изолированности положительных стримеров.

Проведено численное моделирование динамики разряда, инициированного мощным фемтосекундным лазерным импульсом в воздухе, атмосферного давления в допробойных полях. Расчеты проводились в рамках 1D-осесимметричной модели, описывающей эволюцию радиальных профилей основных параметров исследуемого разряда. Модель включает в себя систему реакций, определяющих нагрев газа, и подробное описание кинетических процессов в данном разряде, а также систему газодинамических уравнений для описания расширения нагретого канала. Результаты расчетов времени пробоя разрядного промежутка согласуются с данными измерений во всем исследованном диапазоне напряженностей электрического поля, E = 9–17 кВ/см. Показано, что одним из ключевых факторов, определяющих эволюцию параметров данного разряда, является темп нагрева газа.

Определены критические значения напряжения и индукции зажигания для самостоятельного плазменного разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях как на индивидуальных инертных газах, так и на их смесях, как плазмообразующих средах. В качестве параметров, позволивших визуализировать зажигание E×B-разряда, использовались ток ионов и производная индукционного тока разряда. Приведены временны́е характеристики процесса. Обнаружена двойная структура тока ионов (тока разряда) в процессе зажигания. Исходным состоянием рабочей среды для первого скачка разрядного тока является нейтральный газ; для второго — плазма. На распределениях ионов по энергии, полученных в процессе зажигания, выделяется пик ионов, рожденных в прикатодной области, и широкий по энергии спектр, отвечающий разрядному промежутку. Показан различный характер зажигания разряда для пеннинговских пар при изменении роли газа в плазмообразующей смеси: основной или примесь. Установлено, что свойства разряда определяются в числе прочего особенностями формирования распределения электрического потенциала в прикатодном слое.