Введение к работе
»
Актуальность работы. В современных исследованиях по управляемому термоядерному синтезу внушительные успехи достигнуты на установках типа "токамак". В концепции термоядерного реактора открытые ловушки остаются конкурентноспособным и альтернативным направлением. А современные инженерно-физические проработки нейтронных генераторов на их основе для задач реакторостроення и материаловедения выглядят весьма убедительно и привлекательно.
Широко распространенным сценарием получения горячей плазмы в открытых магнитных ловушках предусматривается предварительное создание в них относительно холодной мишенной плазмы с последующим захватом на этой плазме инжектируемых атомарных пучков или мощного высокочастотного излучения. Мишенная плазма обычно получается из газоразрядных источников и имеет температуру ионов и электронов Т ~ 10 эВ и плотность п ~ 1014 см-3. Источники расположены на продольной оси ловушки в запробочной области, и плазма в виде струн затекает в пробкотрон. Параметры мишенной плазмы сильно влияют на начальном этапе накопления, а высокая продольная электронная теплопроводность и, как следствие, низкая температура электронов в ловушке принципиально ограничивают энергетическое время жизни популяции горячих ионов. Поэтому возможность получения высокотемпературной мишенной плазмы с уменьшенной продольной теплопроводностью на источник открывает новые возможности в решении проблем накопления и поддержания горячей плазмы в открытых ловушках.
Основу настоящей работы составляют экспериментальные результаты по получению в пробкотронной геометрии магнитного поля горячей термонзолнровашюп плазмы из газоразрядного источника. Для изучения параметров получаемой плазмы использовались различные диагностические методики, сильно модернизированные под конкретные экспериментальные условия .
Основная цель работы. Цель диссертационной работы состояла в исследовании возможности получения в пробкотронной геометрии магнитного поля термонзолнроваипой от источника горячей плазмы из низкотемпературного дугового квазнстацнонарного источника.
Для этого необходимо было экспериментально реализовать течение плазменного потока с термобарьером между источником плазмы н магнитной ловушкой — пробкотроном.
В ходе изучения требовалось установить оптимальные условия транспортировки и нагрева плазменной струи, а также найти способы дальнейшего увеличения температуры .
Научная новизна и значимость работы. Впервые проведено систематическое исследование течения плазменного потока, генерируемого дуговым квазпстациопарным источником с кольцевой геометрией газоразрядного канала в неоднородном магнитном поле в условиях развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (ПКГ).
Показано, что при бесстолкновителыюм течении в магнитную пробку (dB/dz < В/Хц, Aj,- — длина свободного пробега ионов) при развитии НКГ во входной пробке ловушки плотность падает на порядок, и реализуется потенциальный барьер для электронов. При этом уменьшается электронная теплопроводность вдоль плазменного потока.
Продемонстрировано получение в пробкотроне горячей (Тї ~ 1 кэВ) плазмы плотностью п ~ 3 X 1013 см-3 из низкотемпературного газоразрядного источника без применения методов дополнительного нагрева. Ионы нагреваются известным механизмом стохастического нагрева в результате развития НКГ.
Эксперименты по атомарной инжекціш в полученную плазму показали хорошее качество мишени и возможность перехода к квазистацнонар-ному режиму накопления н нагрева плазмы.
Предложен н экспериментально подтвержден оригинальный способ увеличения напряжения на дуговом разряде источника, при этом увеличилось выносимое в струю электрическое поле, и вследствие этого увеличилась температура ионов до ~ 1 кэВ.
При работе газоразрядного источника на дейтерии зарегистрированы нейтроны, полный поток которых оценивается как ~ 108 нейт./с.
Практическая ценность. Получена горячая термонзолпрованная плазма в пробкотроне из низкотемпературного газоразрядного дугового источника.
Предложенная схема формирования мишенной плазмы будет использована в ловушке АМБАЛ-М (ИЯФ СО РАН). Развитые в работе представления позволяют обьясннть некоторые результаты, полученные ранее на других открытых ловушках. Кроме того, результаты данных исследований могут быть использованы при проектировании новых установок или постановке экспериментов на уже существующих открытых магнитных ловушках.
Продемонстрированная возможность получения в геометрии открытых ловушек горячей и плотной плазмы с помощью низкотемпературных дуговых газоразрядных источников открывает принципиально новые подходы к проблеме получения стационарной горячей плазмы для различных физических и технологических исследований.
Развитые в ходе работы диагностические методики и разработанные приборы и системы диагностики плазмы могут найти применение в экспериментах на различных установках для плазменных исследований по теме УТС.
Аппробация работы. Результаты работы докладывались: на Рабочем совещании по открытым ловушкам-(г. Сухуми, 1991); на Всесоюзной конференции по ядерному синтезу и физике плазмы (г. Звенигород, 1991, 1992, 1993);
на Международной конференции по физике плазмы открытых ловушек "Open Systems 93" (г. Новосибирск, 1993).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Текст диссертации изложен на 101 странице, включая 30 рисунков. Список литературы содержит 78 наименований.
