Том 50, № 2 (2024)

В 2016 г. модернизирована диагностика томсоновского рассеяния токамака Т-10. Новая система основана на 100-Гц Nd: YAG-лазере и может проводить измерения на протяжении всего плазменного разряда с интервалом в 10 мс и пространственным разрешением до 5 мм. С помощью модернизированной диагностики проводились измерения электронной температуры в экспериментальных кампаниях токамака Т-10 в 2016—2018 гг. В режимах с электронно-циклотронным нагревом продемонстрировано формирование областей с повышенным градиентом температуры, которое было интерпретировано как формирование внутреннего транспортного барьера. Проведенное моделирование эволюции профиля тока в коде ASTRA позволило связать положение барьера с положением рациональной поверхности q = 1.

Магнитная система открытой ловушки обычно включает секции расширителей, расположенные между магнитными пробками с сильным полем и торцевыми поверхностями, которые принимают плазму. В установке ГОЛ-NB низкотемпературная стартовая плазма в области удержания создается дуговой плазменной пушкой, которая расположена в одном из расширителей. Параметры слоя приповерхностной плазмы влияют на электрический контакт области удержания с торцами и, тем самым, влияют на вклад эффекта вмороженности силовых линий магнитного поля в торец в устойчивость плазмы и на продольные потери из ловушки. На установке ГОЛ-NB были проведены эксперименты с дополнительной инжекцией водорода в плазменную пушку. Наблюдалось формирование области излучающей плазмы, оторванной от торцевой поверхности, которая по визуальным проявлениям соответствует аналогичному образованию в переизлучающих диверторах токамаков. В обоих случаях стандартного и оторванного режимов работы, распадающаяся плазма существует вблизи приемных электродов и после прекращения разрядного тока в течение всего времени наблюдения. В центральной ловушке ГОЛ-NB, некоторые структуры в Фурье-спектрограмма магнитных флуктуаций проявляются раньше и имеют более низкие частоты с оторванной плазмой, чем в стандартном режиме. Такие структуры ассоциируются с возбуждением мод типа перестановочных из-за потери стабилизирующего вклада вмороженностью силовых линий в проводящий торец. Наблюдающийся отклик плазмы на дополнительный газонапуск подтверждает существующее понимание того, что стабилизация вмороженностью является основным механизмом, обеспечивающим устойчивость центральной области плазмы во время первоначального накопления плазмы в центральной ловушке.

Для плазмы с анизотропным распределением частиц по скоростям в виде двух встречных бимаксвелловских пучков, в том числе для бимаксвелловской плазмы, при наличии параллельного пучкам внешнего магнитного поля показано, что в широкой области параметров столкновения частиц приводят к расширению диапазона волновых чисел, в основном в длинноволновую область, и ослаблению условия возникновения неустойчивости вейбелевского типа. Ее инкремент, найденный из решения дисперсионного уравнения для волновых векторов, ортогональных внешнему магнитному полю, в указанном расширенном диапазоне оказывается меньше или порядка частоты столкновений частиц. Следовательно, можно ожидать, что при долговременной инжекции частиц с анизотропным распределением по скоростям возможно поддержание неустойчивости в этом диапазоне параметров и формирование крупномасштабной магнитной турбулентности.

Проведены исследования спектральных свойств высокотемпературной плазмы, получаемой при воздействии на слой никеля источника мощного рентгеновского излучения (мощностью 6—10 ТВт с длительностью 7—10 нс) на основе Z-пинча, образующегося при имплозии вольфрамовых многопроволочных сборок на установке “Ангара-5-1”. При этом излучение Z-пинча нагревает мишень и превращает ее в горячую плазму, и это же излучение зондирует плазму мишени для определения спектральной зависимости коэффициента пропускания этой плазмы. Предложена оригинальная схема измерения падающего, прошедшего и собственного излучения мишени одновременно в одном эксперименте в кадровом режиме с помощью дифракционного спектрографа скользящего падения. С помощью лазерного теневого зондирования получены экспериментальные данные о скорости расширения плазмы на облучаемой и тыльной сторонах мишени, которые достигали 100 км/с. Были исследованы мишени из тонких слоев Ni, напыленных на майларовую пленку. Наблюдалось индуцированное облучением многократное увеличение коэффициента пропускания плазмы мишени в ВУФ-диапазоне по сравнению с пропусканием мишени в холодном состоянии. Была исследована зависимость спектра поглощения плазмы и сопутствующего собственного излучения мишени от мощности и формы греющего импульса. Проведено сравнение результатов измерений с численными расчетами, выполненными с помощью двумерного радиационного кода RALEF-2D, неоднократно использованного ранее для моделирования подобных экспериментов. В диапазоне ~30—200 Å форма спектральной зависимости коэффициента пропускания в эксперименте и расчете аналогичны, но величина модельного коэффициента пропускания плазмы (~0.8—0.9) больше, чем полученная с помощью спектрографа и многокадрового рентгеновского регистратора (~0.5—0.6).

Для лабораторного моделирования эффектов взаимодействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов с частично ионизированной атмосферой и ионосферой на крупномасштабном стенде “Крот” (ИПФ РАН) создан новый научный инструмент: “гигантская” коаксиальная линия длиной 10 м и диаметром 1.4 м, заполняемая распадающейся плазмой индукционного разряда. Описано применение двух радиочастотных методов волновой диагностики — отсечки и фазового интерферометра, позволяющих определять концентрацию плазмы, заполняющей линию, в широком диапазоне значений N_e = 10⁷—10¹¹ см⁻³. Результаты измерений сопоставляются с данными, полученными контактной диагностикой — зондом с СВЧ-резонатором. Интерферометрический метод реализован с учетом неоднородного распределения концентрации плазмы как вдоль, так и поперек передающей линии, которая в рабочем диапазоне частот импульсных и непрерывных диагностических сигналов представляет собой сверхразмерный коаксиальный волновод. Обсуждаются особенности применения и ограничения контактных (зондовых) и бесконтактных (волновых) методов диагностики с учетом неоднородного распределения плазмы в коаксиальной линии и особенностей ее конструкции.

Одной из основных особенностей, отличающих пылевую плазму от обычной (не содержащей заряженных пылевых частиц) плазмы, является аномальная диссипация, связанная с эффектом зарядки пылевых частиц, приводящая к новым физическим явлениям, эффектам и механизмам. Рассматривается процесс аномальной диссипации в контексте описания динамики пылевых частиц в пылевой плазме экзосферы Меркурия. Представлено аналитическое описание колебаний пылевой частицы над поверхностью Меркурия, затухание которых определяется частотой зарядки пылевых частиц, характеризующей аномальную диссипацию. Показано, что аномальная диссипация играет существенную роль для обоснования применения модели левитирующих пылевых частиц при описании пылевой плазмы над Меркурием. Приведены результаты численных расчетов, подтверждающие возможность применения данной модели.

Представлено теоретическое описание процесса отражения изотопов водорода от твердого тела, выполненное на основе имеющихся в современной литературе данных по сечениям упругого и неупругого рассеяния ионов. Результаты аналитического расчета сравниваются с результатами компьютерного моделирования и экспериментальными данными. Рассмотрено взаимодействие изотопов водорода с энергией от 300 эВ до 25 кэВ с материалами в широком интервале атомных номеров, а именно Be, C, Ti, Ni, W, Au. Выполнен критический обзор существующих аналитических моделей многократного рассеяния легких ионов в твердых телах.

Изложены результаты экспериментальных исследований формирования и последующей эволюции протяженной (l = 300 мм) и тонкостенной (Δr ≈ 10 мм) трубчатой (2r ≈ 110 мм) плазмы в слабом продольном магнитном поле (В = 175 Гс) без использования термоэмиссионного катода. Цилиндрическая камера, в которой формировалась трубчатая плазма, прокачивалась аргоном высокой чистоты (99.998%) со скоростью около 1 м/с при давлении Р = 10⁻³—10⁻² Торр. Установлено различие в динамике пробоя, завершающегося формированием трубчатого разряда, при двух способах создания затравочных электронов, инициирующих развитие ионизационных лавин. В первом из них импульсный разряд, предшествующий подаче высокого напряжения основного разряда, создавал предыонизацию в небольшой области вокруг секционированных катодов. Во втором способе затравочные электроны создавались во всей рабочей зоне разрядной камеры ВЧ-разрядом с частотой 85 кГц и длительностью около одной секунды. Высокоскоростная съемка 4-кадровой ICCD-камерой позволила установить динамику формирования разряда на всех его стадиях. Проведены измерения продольного и радиального тока разряда. Полученные результаты показали возможность пространственной изоляции протяженной трубчатой плазмы от металлической стенки разрядной камеры путем использования слабого магнитного поля.