Плазменный сгусток
Cтраница 4
Просвечивание плазмы импульсным рентгеновским излучением с длиной волны 0 1 и 9 нм показало [156] отсутствие аномально высокой плотности плазмы, а ее измеренные значения оказались в 810 раз превосходящими плотность воздуха атмосферного давления, что хорошо согласуется с расчетом состояний за фронтом воздушной ударной волны [158], выполненным для квазиидеального газового приближения. Коэффициент оптического поглощения плазмы также не содержит каких-либо качественных аномалий и описывается моделью разреженной плазмы ( см. гл. Опыты по выходу детонационной волны в вакуум [156] и гелий [157] обнаружили отсутствие свечения плазмы, в то время как, согласно концепции [153-155], это свечение должно было бы только усилиться. Для объяснения наблюдаемых скоростей движения плазменного сгустка в [153-155] привлекались искусственные соображения о реактивной тяге при рекомбинации, в то время как эти скорости легко рассчитываются на основе теории распада разрыва на границе ВВ-воздух. [46]
Ускоритель плазмы состоит из двух параллельных проводников ( рельсов), лежащих в плоскости, перпендикулярной магнитному полю с индукцией В 1 Тл. Между точками С и D ( рис. 13.33) в водороде поджигают электрический разряд. Ток в разряде поддерживают постоянным так, что средняя скорость направленного движения зараженных частиц ( протонов) и 6 105 м / с. Под действием магнитного поля область разряда ( плазменный сгусток) перемещается, разгоняясь к концам рельсов, и срывается с них. [47]
 |
Основные типы индукционных плазмотронов. [48] |
После зажигания в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона возникает самоподдерживающийся стационарный безэлектродный индукционный разряд при атмосферном давлении. При продувке газа через разрядную камеру, обычно имеющую форму цилиндра, на выходе плазмотрона можно получить высокотемпературную струю. Высокочастотный индукционный плазмотрон обладает практически неограниченным ресурсом работы в любой газовой среде. Различают ВЧИ-плазмотроны по типу разрядных камер и по способу стабилизации в камере плазменного сгустка. [49]
При очень низких плотностях, когда даже плазменная электронная частота о о ( 4тге2по / / тг) 1 / 2 меньше О, резонанс между волнами и ионами осуществляться не может и кинетические неустойчивости в ионно-горячей плазме должны, вообще говоря, отсутствовать. Если продолжать увеличивать плотность, то резонанс наиболее эффективно будет осуществляться на косых ленгмюровских волнах со; kzuj / k, где kz - продольная составляющая волнового числа. При этом влиянием магнитного поля на движение ионов можно полностью пренебречь, колебания становятся квазинейтральными и принимают форму электронного звука - электроны совершают инерционные колебания вдоль магнитного поля, а ионы, подтягиваясь поперек магнитного поля, создают возмущения давления и за счет инверсной заселенности раскачивают волны на обратном затухании Ландау. Конусная неустойчивость развивается на сильно вытянутых вдоль магнитного поля возмущениях, поэтому она очень чувствительна к продольным размерам плазменного сгустка. [50]
Мы используем здесь выражение, определяющее емаги, для разбора одного несложного парадокса, относящегося к поведению намагниченной плазмы под действием силы тяготения. Пусть сгусток плазмы, имеющий форму параллелепипеда, находится в однородном магнитном поле и одновременно на него воздействует сила тяжести, направленная перпендикулярно к Я. На первый взгляд кажется, что плазма не должна падать, так как каждая заряженная частица совершает дрейфовое движение, перпендикулярное направлению силы тяжести и магнитному полю. Однако, как видно из рис. 66, дрейфовое движение частиц приводит к тому, что на границах плазменного сгустка образуются электрические заряды, создающие электрическое поле. Это поле также вызывает дрейф, направленный, как нетрудно убедиться, в сторону силы тяжести. [51]
Плазма обладает диамагнитными свойствами и, как каждый диа-магнетик, стремится двигаться в сторону убывающего магнитного поля. В результате любые случайные деформации поверхности приведут к появлению плазменных языков, распространяющихся все дальше и дальше, вследствие чего через очень небольшой промежуток времени ограниченный плазменный сгусток расползется по всему объему ловушки и затем исчезнет благодаря контакту со стенками камеры. К тому же результату можно прийти, рассматривая, как изменяется соотношение между давлением плазмы и давлением магнитного поля при деформациях поверхности плазменного сгустка. Допустим для упрощения рассуждений, что плазма полностью вытесняет магнитное поле из занимаемой ею области. [52]
В данной работе, ставящей своей целью теоретическое исследование циклотронной неустойчивости, имеются в виду эксперименты Иоффе с сотрудниками, которые наблюдали циклотронные колебания желобкового типа. Эти колебания имеют достаточно большую длину волны поперек силовых линий, что не согласуется с теорией циклотронной неустойчивости для однородной плазмы. В работе с самого начала учитывается неоднородность плазмы. Показано, что в такой плазме могут распространяться поверхностные циклотронные волны, у которых разделение зарядов электронов и ионов происходит лишь вблизи границы плазменного сгустка. Эти волны бегут по азимуту в ионную сторону, как и наблюдается в экспериментах Иоффе с сотрудниками. Частота колебаний близка к верхней гибридной ионной частоте, а механизм раскачки колебаний аналогичен неустойчивости отрицательной массы. Обсуждается вопрос о сбросе плотности плазмы во время вспышки циклотронных колебаний. Полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными. [53]
Было обнаружено, что такая плазма существует как устойчивый сгусток в течение долей секунды ( - 10 - 3 сек), являясь, таким образом, своеобразным мета-стабильным состоянием. Время жизни плазменного сгустка зависело от рода газа, в атмосфере которого происходил взрыв, а также оттого, происходил ли взрыв в открытое пространство или плазменный сгусток частично ограничивался стенками трубки. Плазма проявляла высокую текучесть: ее можно было направить в узкую стеклянную трубку, по которой она легко перетекала, вытекала снова в открытое пространство и при этом не теряла устойчивости. Плазменный сгусток передвигался с большой скоростью; авторы [54] объясняют это неравномерностью процессов, протекающих на поверхности плазмы, и возникающей вследствие этого реактивной тягой. Сгусток заканчивал свое существование взрывом; такой взрыв происходил самопроизвольно, но его можно было вызвать и искусственно, до истечения естественного времени жизни. [54]
Эти качественные выводы подтверждаются детальными теоретическими расчетами и находятся в согласии с результатами многочисленных экспериментов. Несмотря на большое число попыток осуществить устойчивое удержание плазмы в зеркальных ловушках и ряд поспешных заявлений о том, что этот результат достигнут, в действительности никому не удалось заставить чистую водородную плазму с высокой ионной температурой находиться в такой магнитной системе дольше нескольких десятков микросекунд. Ловушки со встречными полями не должны обладать этим недостатком, так как для них характерно возрастание напряженности магнитного поля во все стороны от центральной области, которая предназначается для заполнения плазмой. Поэтому по отношению к деформациям поверхности плазменный сгусток, захваченный в магнитное поле такого типа, должен быть устойчив. Этот дефект ловушки со встречными полями непосредственно связан с тем, что внутри нее есть область, где напряженность поля проходит через нуль, вследствие чего у частиц, попадающих в эту область, не сохраняется постоянство отношения W IE. При движении в районе точки нулевого поля связь между направлением скорости частицы и направлением силовых линий разорвана. Этот вывод теории пока еще не подтвержден на опыте, но все же вряд ли можно надеяться, что предсказываемая утечка плазмы будет полностью отсутствовать. [55]
Центр плазменного сгустка на рис. 2.41 сдвинут на 1 1 см к источнику излучения. Температура в центре сгустка при Р 2 атм была равна 18000 К в Аг, 14000 К - в Хе. При Р 6 атм в Н2 температура равна 21000 К, в N2 при 2 атм - 22000 К. Температура всегда падает монотонно от центра к периферии плазменного сгустка. Размеры сгустка всегда находятся в пределах 3 - т - 15 мм, плазма вытягивается вдоль оптической оси. [56]
Страницы: 1 2 3 4