Введение к работе
Актуальность темы исследований. Плазменный прерыватель тока (ППТ) [1],[2] представляет собой плазменную перемычку, по которой пропускается ток и импеданс которой зависит от времени. Плазма ППТ замыкает электроды вакуумной линии, к которой подключается внешний источник тока. Импеданс ППТ на первой стадии, именуемой стадией проводимости, мал. При этом ток через ППТ практически равен полному току в линии. Затем импеданс ППТ резко возрастает (этот процесс носит название «размыкания»), и ток линии переключается в нагрузку (например, электронный диод), включенную параллельно ППТ.
На протяжении двух десятилетий ППТ активно изучается на предмет использования в мощной импульсной технике для получения наносекундных импульсов. Это работы по программам инерционного термоядерного синтеза, создание мощных источников излучения и др.
Ранние эксперименты с ППТ носили, в основном, электротехнический характер, что не позволяло сделать обоснованный выбор в пользу какой-либо из существующих моделей работы прерывателя.. В последние годы усилился интерес к измерению с временным разрешением локальных параметров плазмы, а также электрических и магнитных полей в ППТ.
Цель диссертационной работы - исследование турбулентных явлений в плазме ППТ. Это предполагает как измерение параметров плазмы, так и изучение эффектов, вызываемых турбулентностью.
Научная новизна работы состоит в следующем. Проведены спектроскопические исследования щтарковского уширения водородной линии На. Было найдено, что на стадии проводимости ППТ линия На уширяется электрическим полем низкочастотной турбулентности. Напряженность этого поля
вблизи анода ППТ оценивается как 10-30 кВ/см, увеличиваясь к катоду до 50 кВ/см. Эти измерения свидетельствуют о наличии в плазме ППТ потенциальных волн, прежде всего, ионного звука, но, быть может, также и ленгмюровских волн. Ионно-звуковое аномальное сопротивление для условий эксперимента оценивается как ~1 Ом, что неплохо согласуется с измеренным на стадии проводимости сопротивлением ППТ.
Обнаружен эффект рассеяния зондирующего лазерного пучка на турбулентных шумах плазмы прерывателя. Найдено, что угловое уширение зондирующего пучка составляет 1-5х10"3. Это скорее всего может быть следствием наличия в плазме ППТ чисто электронной непотенциальной моды - геликонов с амплитудой магнитных осцилляции ~10 Гс.
Научная и практическая ценность работы.
В данной работе разработаны новые и модифицированы существующие средства и методы диагностики быстропротекающих процессов в плазме. Создана схема регистрации профиля спектральных линий с высоким временным и пространственным разрешением, работоспособная в условиях сильных электромагнитных помех. Методика, использованная для регистрации эффекта рассеяния ?ондирующего излучения на турбулентных шумах, применима и для исследования неоднородностей плотности плазмы.
В ходе выполнения работы были созданы и опробованы элементы прерывателя, характеристики и ресурс которых делают возможным применение ППТ в промышленных технологиях.
Научные положения, выносимые на защиту
-
Анализ контура спектральной линии водорода На , наблюдаемой в плазме ППТ на стадии проводимости, свидетельствующий, что в ней присутствует поле низкочастотной турбулентности с амплитудой 10-40 кВ/см.
-
Аномальное сопротивление в плазме ППТ. Для параметров эксперимента аномальное сопротивление на стадии
проводимости оценивается как 1 Ом. При изменении масштабов установок роль аномального сопротивления может оказаться существенной в сценарии ППТ.
-
Результаты экспериментальных исследований турбулентных шумов в плазме ППТ по рассеянию зондирующего лазерного пучка.
-
Новые конструктивные и схемные решения ППТ для повышения ресурса его работы в режиме повторяющихся импульсов.
Апробация результатов работы
Результаты диссертации докладывались и
обсуждались на 11-й и 12-й Международной конференции по
мощным импульсным пучкам (Прага, 1996 и Хайфа, Израиль,
1998), 11-й Международной конференции по импульсной
мощности (Балтимор, США, 1997), XXIV Звенигородской
конференции по физике плазмы и УТС (1997), 9-м
Всероссийском совещании по диагностике
высокотемпературной плазмы (С-Петербург, 1997).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержание работы изложено на 110 страницах текста, включает 49 рисунков и 5 таблиц.
