Том 50, № 10 (2024)

Система коллимации жесткого рентгеновского излучения оборудована на токамаке Т-15МД (большой радиус R = 1.48 м, малый радиус a = 0.67 м, вытянутость k = 1.7–1.9, треугольность δ = 0.3–0.4, тороидальное магнитное поле B_T = 2 Тл, ток плазмы до Ip = 2 МА, длительность разряда до 30 с) для обеспечения измерений пространственной и временной эволюции пучков ускоренных электронов. Диагностика построена на базе сцинтилляционных LaBr₃(Ce) детекторов, обеспечивающих измерение энергетических спектров излучения в диапазоне 0.3–10 МэВ. Моделирование эффективности экранирования методом Монте-Карло в среде GEANT4 показало, что коллиматор обеспечивает поле зрения 2°. Перемещение поля зрения по сечению плазменного шнура обеспечивается в горизонтальном и вертикальном направлениях с помощью поворотного основания и винтовых опорных элементов. Для восстановления спектров используется алгоритм обработки сигналов сцинтилляционных детекторов с графическим интерфейсом управления и визуализации данных. Приводятся результаты тестирования детекторов на лабораторном стенде и в предварительных экспериментах с генерацией пучков ускоренных электронов на токамаке Т-15МД.

Проведена верификация разработанного авторами 2D-кода для расчета проникновения нейтральных частиц со стенки камеры в центр плазмы, создаваемой и удерживаемой в стеллараторе Л-2М. В диапазоне рабочих плотностей плазмы (1 × 10¹⁹ м^–3 < n_e < 3 × 10¹⁹ м^–3) получено хорошее совпадение с результатами расчетов, выполненных с использованием кода ASTRA. Проведено 3D- и 4D-моделирование проникновения нейтральных частиц со стенки камеры в центр плазменного шнура. Показано, что 2D-моделирование дает завышенное значение концентрации нейтральных частиц в центре плазмы, по сравнению с 3D- и 4D-моделями, более приближенными к реальным распределениям ионов по скоростям.

Описаны диагностики, основанные на применении бесконтактного метода эмиссионной спектроскопии, приведены результаты измерений в экспериментах с геликонной плазмой на экспериментальной установке, предназначенной для исследования плазменных процессов в геликонном разряде. Рабочими газами служили аргон и гелий. Измерялось радиальное распределение электронной температуры, радиальное распределение температуры атомов и ионов в различных сечениях плазменного потока, распределение температур по оси установки. Проведены расчеты коэффициента ионизации и его зависимость от температуры электронов

Представлены результаты исследования распределения плотности энергии импульсного ионного пучка в поперечном сечении для двух типов диодов с незамкнутым дрейфом электронов – с внешней магнитной изоляцией (250 кВ, 80 нс, 0.6 Тл) и магнитной самоизоляцией электронов (250–300 кВ, 120 нс, 0.8 Тл). Для формирования анодной плазмы используется пробой вдоль поверхности диэлектрического покрытия на аноде (одноимпульсный режим) или взрывная электронная эмиссия (режим сдвоенных разнополярных импульсов). Установлено, что при увеличении плотности энергии ионного пучка выше ≈0.4 Дж/см² в поперечном сечении пучка образуются периодические спицеобразные структуры с шагом 3–6 см. Выполнен анализ процессов формирования такой структуры – неоднородная концентация анодной плазмы, самоорганизация анодной и/или катодной плазмы в скрещенных электрическом и магнитном полях. Показано, что формирование локальных плазменных областей в анод-катодном зазоре ионного диода может вызвать формирование периодической структуры распределения плотности энергии в поперечном сечении.

Выполнено детальное исследование генерации медленных необыкновенных (МН) волн в магнитосфере Земли. В предположении, что распределение энергичных электронов описывается функцией распределения вида -функции с конусом потерь, рассчитан инкремент неустойчивости МН-волн и изучена его зависимость как от параметров функции распределения горячих частиц, так и от плотности холодных частиц, которая характеризуется отношением плазменной электронной частоты к электронной циклотронной частоте: ω_р/ω_с. Это отношение является одним из ключевых параметров задачи. Для различных значений ω_р/ω_с получены зависимости инкремента неустойчивости от параметра функции распределения к, параметра конуса потерь l, температуры распределения и ее анизотропии. Выявлена и объяснена немонотонная, квазипериодическая зависимость инкремента от отношения частоты к электронной гирочастоте, которая проявляется в зависимости экваториального инкремента от L-оболочки, либо зависимости инкремента от широты на фиксированной L-оболочке.

Приводится краткий обзор по теоретическим исследованиям окололунной пылевой плазмы, важными факторами при формировании которой являются электростатические процессы и удары микрометеороидов о поверхность Луны. Впервые представлено описание данных наблюдений пылевых частиц в окрестностях Луны, полученных в рамках миссии “Луна-25”. Показано, что имеется, по крайней мере, одно достоверное наблюдение пылевой частицы либо имеющей лунное происхождение, либо связанной с высокоскоростным потоком Персеиды. Проведено обсуждение необходимости усовершенствования прибора “Пылевой мониторинг Луны” на посадочном аппарате “Луна-27”. Усовершенствование связано с необходимостью установки штанги для размещения электростатических датчиков на достаточном удалении от аппарата, что желательно для уменьшения возмущений окружающей плазмы и приповерхностного электростатического поля из-за влияния посадочного аппарата.

В ионосфере Земли на высотах 80–120 км во время высокоскоростных метеорных потоков создаются условия для образования плазменно-пылевой системы. В результате развития модуляционной неустойчивости электромагнитных волн в запыленной ионосферной плазме могут возбуждаться линейные и нелинейные пылевые звуковые волны. Наблюдаемое над скандинавскими странами новое атмосферное явление, так называемые дюны, представляющее периодические волновые структуры, простирающиеся на большие расстояния в горизонтальном направлении и имеющие характерный пространственный период около 45 км, могут быть одним из проявлений присутствия нелинейных пылевых звуковых волн. Наибольшее количество дюн было замечено в октябре, когда наблюдается метеорный поток Дракониды. Мы рассматриваем нелинейные периодические пылевые звуковые волны, которые могут развиваться в пылевой плазме с параметрами, соответствующими ионосферной плазме во время метеорных потоков.

Выполнен расчетно-теоретический анализ кинетических процессов в смесях метана, азота и кислорода для условий несамостоятельных разрядов постоянного тока, поддерживаемых электронным пучком. В рамках приближенного подхода определены кинетические коэффициенты в плазме при одновременном воздействии приложенного электрического поля и электронного пучка. В нульмерном (пространственно однородном) приближении выполнен расчет квазистационарного состава заряженных частиц. Рассчитаны константы скорости генерации в плазме химически активных нейтральных частиц различных сортов, и вычислены энергетические эффективности (G-факторы) наработки этих частиц в зависимости от значений приведенного электрического поля и тока пучка. Предложены правила подобия для соотношения между скоростями наработки активных частиц под действием электрического поля и электронного пучка. Показано, что путем изменения приложенного поля можно влиять на состав наработанных углеводородных радикалов.