О ФОРМИРОВАНИИ ТОКОВЫХ СЛОЕВ В МАГНИТНЫХ КОНФИГУРАЦИЯХ С Х-ЛИНИЯМИ; РОЛЬ ПРОДОЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

С. Ю. Богданов, Н. П. Кирий, В. С. Марков, А. Г. Франк

ИОФ РАН, Москва, Россия.

    В рамках экспериментальных исследований по проблеме 3D магнитного пересоединения изучались возможности формирования токовых слоев в магнитных конфигурациях, содержащих силовые линии X-типа. Исходные конфигурации создавались суперпозицией 2D магнитного поля с нулевой линией и однородного магнитного поля B_Z, направленного вдоль этой линии. Величины обоих полей могли изменяться независимо, что обеспечивало разнообразие исходных магнитных конфигураций. Возбуждение в плазме электрического тока I_Z инициировало МГД течения, которые могли приводить к формированию токовых слоев и к эффективному сжатию плазмы в пределы слоя. Такие явления наблюдались ранее в 2D магнитных полях с нулевой линией [1,2], а также, в последнее время, в 3D неоднородных магнитных полях, как содержащих нулевые точки, так и в отсутствие нулевых точек [3-5]. В данной работе все условия были однородны в Z-направлении: это относится как к магнитным полям, так и к параметрам начальной плазмы. С помощью ЭОП’а с узкополосными интерференционными спектральными фильтрами были получены изображения плазмы в последовательные моменты времени; концентрация электронов определялась из уширений спектральных линий HeII 468.6 нм, HeI 587.6 нм и  HeI 667.8 нм, которые были измерены с помощью многоканальной оптической регистрирующей системы МОРС-3 (на базе ПЗС-линейки и ЭОП’а).
    Особенности плазменных конфигураций были исследованы в зависимости от структуры исходного магнитного поля. Показано, что формирование плоского слоя возможно в присутствии достаточно сильной продольной компоненты магнитного поля, однако с ростом B_Z максимальная концентрация плазмы в слое уменьшается. B_Z-компонента, превышающая некоторую критическую величину, препятствует формированию слоя: вместо слоя возникают две раздельные оболочки, расстояние между которыми определяется соотношением между градиентом 2D поля и величиной B_Z-компоненты.

    Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 96-02-18546а) и INTAS (грант INTAS 96-456)

   1. Франк А. Г. // Труды ФИАН. 1985. Т.160. С.93-121. Наука. Москва.
   2. Богданов С. Ю., Кирий Н. П., Франк А. Г. // Труды ИОФАН. 1996. Т.51. С.3-74. Физматгиз. Москва.
   3. Богданов С.Ю., Бурилина В.Б., Марков В.С., Франк А.Г. // Письма в ЖЭТФ. 1994. Т. 59(8). С. 510-514. Наука. Москва.
   4. Франк А.Г., Богданов С.Ю., Бурилина В.Б. // Изв. АН. Сер. Физ. 1995. 59(8). С. 41-52. Наука. Москва.
   5.  Frank A. G., Bogdanov S. Yu., Burilina V. B., Kyrie N. P. // Proc. Intern. Conf. on Plasma Phys. 1996. Nagoya, Japan. V.I. P.506-509.

 НАБЛЮДЕНИЕ И АНАЛИЗ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ШТАРКА НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОФИЛЕЙ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ HeI В ПЛОТНОЙ ПЛАЗМЕ ТОКОВОГО СЛОЯ

В.П. Гавриленко* , Н. П. Кирий **, А. Г. Франк**

*НИЦПВ Госстандарта РФ, Москва, Россия
**ИОФ РАН, Москва, Россия

     Исследованы профили спектральных линий нейтрального гелия HeI 667.8 нм (переход 2¹ P - 3¹ D) и HeI 587.6 нм (переход 2³ P - 3³ D), которые излучались из периферийных областей токового слоя (N_e ~ 2ё3*10¹⁶ см^-3, T_e ~ T_i ~ 2ё3 эВ). Токовый слой формировался в двумерном магнитном поле с нулевой линией и градиентом h=570 Гс/см в режиме высокого давления: гелий, р₀=300 мТор [1,2]. Излучение плазмы принималось из центральной области плоского токового слоя диаметром ~ 1.2ё1.5 см, длиной 60 см. Профили спектральных линий регистрировались в одном импульсе работы экспериментальной установки с помощью многоканальной регистрирующей системы МОРС-3 [3].
     Полуширина линии HeI 667.8 нм составляла в различные моменты времени 0.3ё0.4 нм, в то время как полуширина линии HeI 587.6 нм была заметно меньше  ~ 0.12ё0.2 нм. Неожиданным результатом явилась значительная аномальная асимметрия профилей линии HeI 667.8 нм, тогда как  профили линии HeI 587.6 нм были практически симметричными. Более того, интенсивность "синей" части профиля линии HeI 667.8 нм, как правило, превышала интенсивность"красной" части этого профиля, что нельзя объяснить ни действием электрических микрополей заряженных частиц плазмы, ни действием электрических полей плазменной турбулентности (представляющей собой суперпозицию большого числа колебаний со случайными фазами).
     В настоящей работе показано, что наблюдаемую аномальную асимметрию профилей линии HeI 667.8 нм можно объяснить, если предположить, что в плазме токового слоя существуют сильные низкочастотные электрические поля , имеющие определенное направление в пространстве. При этом функция рас-пределения напряженности таких полей W(F) заметно отлична от нуля лишь в узкой окрестности величины F₀, где F₀»110 кВ/см. Анализируются различные физические модели, которые могут приводить к появлению электрического поля .

   Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 97-02-17657) и INTAS (грант INTAS 96-456).

    Литература.
   1.  Frank A. G., Bogdanov S. Yu., Burilina V. B., Kyrie N. P. Formation of Plane Current Sheets under High-Pressure He-filling. Some Peculiarities of Magnetic Reconnection. // Bull. Amer. Phys. Soс. 1996. V. 41(7). P. 1371–72.
   2.  Богданов С.Ю., Бурилина В.Б., Кирий Н. П., Франк А. Г. Особенности токовых слоев в режиме высокого давления. // Тезисы XXIV Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС , Звенигород. 17-21 февраля 1997. С. 209.
   3. Бурилина В.Б., Кирий Н.П., Силькис Э.Г., Франк А.Г. Система регистрации спектров для исследования быстрых плазменных процессов. // Тезисы IX Совещания по диагностике  высокотемпературной плазмы, г. Санкт-Петербург, июнь 1997.

 СВОЙСТВА И ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ШАРОВОЙ МОЛНИИ В ПЛАЗМЕННОЙ МОДЕЛИ И В СООБЩЕНИЯХ НАБЛЮДАТЕЛЕЙ

Попов А.Ф.

Сухумский ФТИ, 384914, г.Сухум, Республика Абхазия.

    В работе проведено сравнение свойств и физических параметров шаровой молнии, следующих из плазменной модели [ 1 ], с установленными на основе сообщений наблюдателей [ 2 ]. Согласно предложенной ранее модели шаровая молния представляет собой автономное высокотемпературной образование, удерживаемое собственным магнитным полем. Ее форма близка к сферической. Основная энергия сосредоточена в энергии магнитного поля. Плотность энергии может достигать значений порядка 10 Дж/см³. Время жизни при температуре плазмы в центральной области шаровой молнии до 10⁵ эВ может достигать нескольких десятков секунд. Основной вклад в излучение в видимом спектре дает тонкий граничный слой неизотермической плазмы. Центральная область шаровой молнии является источником интенсивного рентгеновского излучения. Вес шаровой молнии определяется весом водяной  пленки, образуемой во влажном воздухе на ее границе. Она обладает зарядом, электрическим и магнитным моментами. В рамках этой модели находят свое объяснение особенности ее движения, механизм проникновения  в закрытые помещения, генерация электромагнитного излучения при взрывах и другие вопросы. Согласие с многочисленными описаниями и оценками наблюдателей удовлетворительное.

   1. Попов А.Ф. Тезисы докладов 24 Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС. Звенигород, стр.237, 1997.
   2. Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. Энергоатомиздат, Москва, 1985.

 ДИНАМИКА ЗАРЯЖЕННЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ОБЛАКОВ В ЛОВУШКЕ  ПЕННИНГА

Амиранашвили Ш.Г.,  Гусеин-заде Н.Г.,  Петрищева Е.В.

Институт общей физики РАН Москва,  Россия

    Исследуемый физический объект - экстремально холодное облако классических кулоновских частиц.  В реальных экспериментах это ионное облако удерживаемое в электромагнитной ловушке. Характерная кинетическая энергия частиц существенно меньше потенциальной,  что приводит к возникновению упорядоченных структур - кулоновских кристаллов.  Нас интересует теория таких объектов.
    Результаты удобно классифицировать по типам исследуемых в  экспериментах облаков.
  1). Плоские кулоновские кристаллы [1].
  Такие системы хорошо изучены численно, в частности существует "таблица Менделеева" равновесных конфигураций, пока число частиц не превышает сотни [2]. Мы аналитически исследовали устойчивость нескольких первых "молекул". Результаты отвечают как численным так и реальных экспериментам. Отметим что наши методы также нашли применение в чисто гидродинамической задаче об устойчивости различных конфигураций из точечных вихрей.
  2). Линейные цепочки ионов.
  Вычислена энергия кристалла как функция (конечного) числа частиц. Рассмотрены колебания цепочки и показано, когда она теряет устойчивость. При этом возникает набор трехмерных структур спиралевидного типа, которые действительно наблюдались в экспериментах.

   Литература.
   1. Amiranashvili Sh., Gusein-zade N., Ignatov A.  Lebedev Institute Reports, 1996. No.7-8, 16 .
   2. Bedanov M., Peeters M.F., Phys. Rev. B  1994. v 49, 2667.

 Некоторые задачи о распределении  электрического поля в окрестности частицы в  низкотемпературной дисперсной плазме.

Апфельбаум М.С, Апфельбаум Е.М.

  Научно-исследовательский центр теплофизики импульсных воздействий Российской академии наук

    Рассматривается два класса задач:
   1)О пространственном распределении поля в плазме при наличии источника нагрева частицы или её горения.
   2)То же, но при остывании частицы (её температура изначально выше температуры среды).
    Выписана замкнутая система  макроскопических уравнений по[1]. В ней учитывалась ионизация среды и рекомбинация  зарядов . Коэффициенты ионизации и рекомбинации определялись по Аррениусу и Ланжевену соответственно.
     Для первого класса задач получено аналитическое квазистационарное распределение напряженности электрического поля при установившемся режиме нагрева. В отличии от [1]  коэффициент теплопроводности предполагался не постоянным , а линейно зависящим от температуры. Показано, что при росте мощности источника нагрева или горения растет и отклонение полученного решения от лапласовского поля сферической симметрии.
    Для 2-го  класса задач эта система решается лишь численно. При расчетах предполагалось что электризация среды происходит за счет термоэлектронной эмиссии из частиц .
    Полученные решения обоих классов задач имеют пространственный максимум у функции электрического поля в окрестности частицы. Эти максимумы ранее наблюдались в экспериментах [2], что свидетельствует о возможности использования данных результатов  для диагностики потенциальных электрических пробоев рассматриваемых сред в окрестности дисперсных частиц.

    Литература
    1) Апфельбаум М. С.  Уравнения равновесной ионизации продуктов горения в электрическом поле.// Физика горения и взрыва.1988. N  2. ,C. 60-65.
    2) Козицкий С.В., Молодецкая  И.В., Писаренко А. Н.   Электрофизические аспекты горения  конгломератов магния.- Труды научно-практического семинара по электрофизике горения. Караганда. Май 1989. C. 96.

МЦАР И РЕЛЯТИВИСТСКИЕ ГИРОТРОНЫ КАК ЭФФЕКТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ МИЛЛИМЕТРОВЫХ И СУБМИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН

Ю.К.Калынов, В.Л.Братман, А.Б.Волков, Н.Г.Колганов, С.В.Самсонов

Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия

    В ряде случаев мазеры на циклотронном авторезонансе (МЦАР) и релятивистские гиротроны представляются более простыми для получения мощного излучения на миллиметровых и особенно субмиллиметровых волнах, чем обычные слаборелятивистские гиротроны и ЛСЭ. Недавно в ИПФ были освоены методы формирования тонких электронных пучков с малым разбросом скоростей частиц, которые позволили существенно повысить КПД МЦАР, приблизив его к теоретическому значению. При использовании пучка с энергией 500 кэВ, током 100 А и длительностью 20 нс было получено одномодовое излучение с длиной волны 8 мм, мощностью 13 МВт и КПД 26%. Использование развитой техники фомирования пучка позволило также реализовать при меньших энергиях электронов так называемый гиротрон с большой орбитой (ГБО), являющийся селективной разновидностью релятивистского гиротрона, в которой электроны вращаются вокруг общей оси аксиально симметричной электродинамической системы и способны возбуждать в ней лишь моды с азимутальным индексом, равным номеру резонансной циклотронной гармоники. В экспериментальном макете ГБО при различных значениях магнитного поля от 11 до 8 кГс было получено селективное возбуждение различных мод традиционного гиротронного резонатора: от моды TE_1,1 на основном циклотронном резонансе (длина волны 14 мм) до моды TE_5,1 на пятой циклотронной гармонике (длина волны 4 мм). При использовании электронного пучка с энергией 300 кэВ, током 30 А и длительностью 20 нс на пятой гармонике была получена мощность излучения более 100 кВт. В настоящее время ведутся работы по существенному укорочению длины волны, повышению КПД и длительности излучения (последнее за счет использования термоэмиттеров). Проведенные эксперименты и расчеты позволяют рассчитывать на создание относительно низкоэнергичных и компактных электронных источников с мощностью 10⁴-10⁶ Вт на коротких миллиметровых волнах и во всем субмиллиметровом диапазоне.

ЭФФЕКТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ПPОСТPAНСТВЕННОГО ЗAPЯДA В МЦP С ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ СКОРОСТЬЮ ВОЛНЫ

Федотов А.Э., Братман В.Л., Савилов А.В.

Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия

    Хорошо известно, что на работу мазеров на циклотронном резонансе (МЦР) с плотным электронным пучком могут окaзывaть существенное влияние эффекты высокочастотного (ВЧ) пpостpaнственного зapядa, связанные прежде всего с неустойчивостью отpицaтельной мaссы (НОМ). В процессе развития НОМ, из-за неизохронности вращения в магнитном поле электроны наряду с кулоновским отталкиванием (и вследствие его)  испытывают также эффективное притяжение по фазам вращения. Этот механизм очень похож на основной механизм группировки в МЦР, но в нем роль поля рабочей волны играет поле пространственного заряда. К настоящему времени эффекты ВЧ пространственного заряда изучены главным образом для наиболее распространенной разновидности МЦР - гиротрона с трубчатым электронным пучком. В то же время в последние годы интенсивно исследуются и другие перспективные разновидности МЦР - гиро-ЛБВ, мазеры на циклотронном авторезонансе (МЦАР), так называемые преобразователи гармоник и другие, которые отличаются от гиротрона величиной фазовой скорости рабочей волны и пространственнной структурой используемых в них электронных пучков.
    В настоящей работе изучается влияние ВЧ пpостpaнственного зapядa нa эффективность электронно-волнового взаимодействия в МЦP с пpоизвольной фaзовой скоpостью волны. Развит подход, использованный ранее для гиротрона, когда предполагается, что пространственная структура возмущений электронной плотности полностью определяется структурой (фазовой скоростью) волны. В отличие от гиротрона, в МЦP с произвольной фaзовой скоpостью волны возмущения электpонной плотности неодноpодны. При этом в МЦР влияние ВЧ пространственного заряда зависит не только от его плотности (как это имеет место для ЛСЭ и черенковских ЛБВ), но и от фактора неоднородности, который определяется произведением пpодольного волнового числа и ларморовского радиуса частиц. Таким образом, влияние ВЧ заряда на эффективность МЦР снижается с приближением фазовой скорости волны к скорости света (режим МЦАР). Показано, что при любой фазовой скорости волны КПД МЦР-генератора падает с ростом пространственного заряда. Для МЦР-усилителя пространственный заряд приводит к росту инкремента в области отрицательных расстроек синхронизма и, следовательно, к уширению полосы усиления (в отличие от черенковской ЛБВ, где под влиянием пространственного заряда инкремент в области отрицательных расстроек резко падает). При этом рост плотности пространственного заряда не приводит к заметному изменению КПД.

Спектры микроволнового плазменного релятивистского генератора в сильном магнитном поле.

П.С. Стрелков, Д.К. Ульянов

ИОФ РАН

    Представленный доклад является продолжением исследований спектров микроволнового плазменного релятивистского (МПР) генератора проводимых на установке «Терек-2». В последних работах  была обнаружена зависимость изменения формы спектров от величины магнитного поля, которое в расчетах принималось бесконечным. Данный доклад посвящен сравнению работы МПР генератора в двух режимах:
· циклотронная частота релятивистских электронов сравнима с плазменной частотой (w_c/g ~ w_pl );
· циклотронная частота много больше плазменной (w_c/g » w_pl).
    Приводятся экспериментально измеренные спектры и дается их анализ.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ИНЖЕКТОР НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ ДИНА-5

П.П.Дейчули, Г.Ф.Абдрашитов, А.А.Иванов, А.В.Ситников

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера, Новосибирск, Россия

    Диагностический инжектор нейтральных атомов ДИНА-5 был спроектирован и изготовлен для решения диагностичеких задач на установке ГДЛ. Основные параметры инжектора: энергия атомов 30 кэВ, эквивалентный ток пучка 2А, длительность импульса 4 мс (в модернизированном варианте 3А и 6 мс). Источником ионов служит дуговой генератор плазмы, аналогичный по конструкции созданным в ИЯФ для инжекторов серии ДИНА. Формирование пучка происходит в многощелевой 4-сеточной ионно-оптической системе (ИОС), образованной проволочками  диаметром 0.2 мм с шагом 1 мм. Отличительной чертой инжектора является вакуумно-плотный несущий металло-керамический узел, имеющий 4 кольцевых электрода держателей сеток.. К высоковольтной части металло-керамического узла пристыкован расширительный объем с двуслойной стенкой (нержавеющая сталь и пермаллой) к которому крепится дуговой источник плазмы. Металло-керамический узел пристыковывается к инжекторному тракту с магнитной линзой и перезарядной камерой.
    Система питания, контроля и управления инжектора представляет собой шкаф размерами 0.7х1.4х² м3. Режим работы – однократные импульсы с минимальным интервалом 15 с в течение 8 часов.
    За время эксплуатации на установке ГДЛ инжектор ДИНА-5 использовался в следующий диагностиках:
  1) Эксперименты с многохордовым зондированием водородным пучком. Здесь была искусственно сильно увеличена расходимость пучка в направлении поперек проволочек ИОС, чтобы захватить все сечение плазмы.
  2) Локальное измерение плотности плазмы узким дейтериевым пучком.
  3) Измерение интенсивности свечения линии H_a возбужденных атомов пучка в плазме.
    Модернизированный вариант инжектора был поставлен на токамак TEXTOR (Германия) для диагностических экспериментов с гелиевым пучком.

ДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА  С  ПЛАЗМОЙ (2D МОДЕЛИРОВАНИЕ).

 *Дудникова Г.И., **Буланов С.В., *Вшивков В.А., *Лисейкина Т.В., ***Пегораро Ф.

    * Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, Россия
  ** Институт общей физики РАН, Москва, Россия
*** Отделение физики Университета г. Пиза, Италия

    На основе  2D3V численной модели исследовано нелинейное взаимодейсвие сильного лазерного импульса с тонкой фольгой и плазмой. Кинетическое уравнение Власова решено методом частиц,  уравнения Максвелла решены с использованием конечно-разностной схемы с перешагиванием. Исследована зависимость формы, поляризации и частоты отраженного и проходящего излучения от угла падения и энергии импульса.
    Показано, что генерация квазистационарных магнитных полей определяется поляризацией падающего   импульса.

САМООРГАНИЗАЦИЯ СИЛЬНОТОЧНОЙ ПЛАЗМЫ

В.М.Фадеев

НПП ВНИИЭлектромеханики, Москва, Россия

    Доклад посвящен фундаментальному свойству сильноточной плазмы - образовывать в результате самоорганизации пространственно-периодические пинч-структуры (Структуры Кварцхава) при токах, превышающих некоторое критическое значение. Это явление было открыто экспериментально в лаборатории И.Ф.Кварцхава (СФТИ) [1]  и теоретически обосновано  в группе Н.Н.Комарова (ВНИИЭМ) [2] 35 лет назад и с тех пор многократно наблюдалось как в лабораторных, так и космических условиях.
    В настоящее время  особая роль самоорганизующихся структур понимается многими физиками-плазменщиками, что подтверждается ростом числа соответствующих публикаций. Однако в  публикациях решаются частные теоретические или экспериментальные вопросы. В докладе же проблема образования, развития и прикладной роли пинч-структур рассматривается с единых позиций и дан исторический обзор литературы по этой проблеме, начиная с первых работ И.Ф.Кварцхава и до  сегодняшнего   дня.
    Представлена нелинейная квазистационарная аналитическая теория  и показано, что при выполнении определенных интегральных и локальных условий  пинч-структуры существуют в широком диапазоне физических условий - от холодной слабоионизованной до горячей бесстолкновительной плазм [3].  При этом они могут  изменяться во времени, но так , чтобы  в каждый момент  существования в качестве ППС, были близки к локальному механическому и термодинамическому равновесию.
    Динамика структур в ряде случаев описана численными моделями, позволяющими представить весь процесс от зарождения структур в результате неустойчивостей  до их развитой стадии и дальнейшей перестройки в результате  взаимодействия элементов между собой.
    Проводится сравнение с экспериментами и обсуждаются вопросы прикладного характера - влияния структур на  выходные характеристики   установок. Ставится  вопрос о возможности создания ППС-реактора, например, типа  стабилизированного внешними магнитными  полями ТРИАКСА  (см. Рис) с плазмой любой плотности.

    Обращается внимание на генетическое родство  анизотропных структур в разрядах пинчевого типа,  лазерной плазме, ВЧ - разрядах, релятивистских пучках, бестоковой плазме с температурной анизотропией. Во всех этих случаях спонтанно генерируются локальные магнитные поля и токи, специфическое  взаимодействие которых между собой и приводит к образованию ППС.
    Обосновывается проект НИР "Исследование пространственно-периодических структур - фундаментального свойства сильноточной плазмы".

    Литература.
   1. Кварцхава И.Ф. и др. Ядерный синтез, 1965, т.5, N.5, с.181-191.
   2. Комаров Н.Н. - Ядерный синтез, 1963, 3, N3, с.174-182.
   3. Фадеев В.М. - Дисс. канд. ф.-м. наук, М.: 1989.

 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПЛАЗМОЗАПОЛНЕННОГО МЕГАВОЛЬТНОГО ДИОДА НА УСКОРИТЕЛЕ У-3 *

Филиппов В.В., Щеглов М.А.

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия

    В работе приводятся результаты экспериментов по генерации электронного релятивист-ского пучка в плазмозаполненном диоде. Обсуждаются способы предварительного формиро-вания плазменного облака внутри диодного промежутка.
    При заполнении диодного промежутка плазмой [1] время подачи ускоряющего напряже-ния на катод подбиралось для обеспечения оптимального режима генерации пучка. Различ-ные режимы работы диода наглядно демонстрируются осциллограммами напряжения ( с ре-зистивного делителя ) и токов, измеряемых поясами Роговского. Найдены условия, при ко-торых удается осуществить “анодное” заземление плазменного облака без пробоя вакуумного изолятора. Потенциал плазменного облака контролировался емкостным датчиком, конструк-ция которого минимизировала высыпание на него ускоряемых частиц.
    Результатом работы является устойчивая генерация электронного потока с параметрами: практически постоянная в течение импульса плотность тока ~ 500 А/см² , ток в пучке до 20 кА, длительность генерации 1 - 3 мкс, при энергии ускоряемых электронов ~ 1 МэВ.

            Рис. 1. Осциллограммы тока и напряжения в диоде.

    Литература.
    1. Karyukin A.V., Lebedev S.V., ... Proc. of 9-th Intern. Conf. on High-Power Particle Beams. Washington, DC, 1992, v.2, p.1015-1020.

* Работа частично поддерживалась грантом РФФИ в 1995-1996 гг.

ФОКУСИРОВКА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ СИЛЬНОТОЧНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ЛИНЗОЙ

Гончаров А.А., Добровольский А.Н., Литовко И.В., Онищенко И.Н.*, Проценко И.М.

Институт физики НАНУ, г. Киев, Украина
*ННЦ ХФТИ, г. Харьков, Украина

    Начало исследованиям электростатических плазменных линз, в которых управляющее электрическое поле создается в объеме компенсированного ионного пучка было положено работами[1,2]. Эксперисменты 70х годов с относительно слаботочными ионными пучками (1-100 мА) подтвердили ключевые моменты теории [2] основанной на принципе магнитной изоляции электронов и эквипотенциализации магнитных силовых линий. Новый этап был обусловлен использованием плазменных линз для фокусировки интенсивных ионных пучков амперного масштаба. В условиях экспериментов это означало, что собственный нескомпенсированный потенциал пучка существенно превышает максимальный потенциал приложенный к электродам линзы.
    Статические и динамические характеристики таких сильноточных плазменных линз исследовались в работе [3] с использованием широкоапертурных пучков ионов водорода с током до 2 А и энергией до 25 кэВ.
    В настоящем докладе представлены результаты исследований фокусировки широкоапертурных (Ж~6 см) низкоэнергетических (100-400 эВ)  и средних энергий (4-25 кэВ) пучков тяжелых металлических ионов с полным током до 800 мА. Импульсно-периодические ионные пучки формировались двухкамерным вакуумно-дуговым источником с трехэлектродной ионно-оптической системой. Экспериментально и теоретически исследовалось влияние сферических и моментных аберраций на фокусировку таких пучков. Установлено, что в отсутствие сферических аберраций моментные приводят к разделению зарядов в фокусируемом пучке. Этот эффект особенно отчетливо проявляется при низких энергиях пучков характерным ступенчатым радиальным профилем сфокусированного пучка. В условиях пучков средних энергий с уменьшением влияния моментных аберраций фокусировка ионных пучков проявляется отчетливо, коеффициент сжатия таких пучков достигает 20 раз.

    Работа была поддержана УНТЦ и ГФФИ Украины.

    Литература.
    1. Gabor D., Nature, 1947, vol. 160, p. 89
    2. Морозов А.И., Докл. Акад. Наук СССР, 1965, т. 163, стр. 1363
    3. Гончаров А.А., Добровольский А.Н., Коцаренко А.Н., Морозов А.И., Проценко И.М., Физика плазмы, 1994, т. 20, №5, стр.499

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗМЕРА КОЛЛАПСИРУЮЩЕЙ КАВЕРНЫ В МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМЕ С РАЗВИТОЙ ЛЕНГМЮРОВСКОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТЬЮ.

Л.Н. Вячеславов, В.Ф. Гурко, В.Ф. Жаров, И.В. Кандауров, Э. П. Кругляков, О.И.Мешков, А. Л. Санин..

Новосибирск, 630090, ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера, пр. Лаврентьева, 11.

    Эксперименты по исследованию физики взаимодействия релятивистского электронного пучка (РЭП) с плазмой, проводимые на установке ГОЛ-М [1], позволили провести прямые измерения спектра возбуждаемых пучком ленгмюровских колебаний, а также функции распределения плазменных электронов. Устанoвлено, что значительная доля энергии денгмюровской турбулентности сосредоточена в области накачки k_res=w_pe/c. [2]. Получены серьезные свидетельства в пользу того, что перенос энергии ленгмюровских колебаний в коротковолновую область происходит благодаря коллапсу [3]. К настоящему времени отсутствуют прямые эксперименты по измерению характерного пространственного масштаба и частоты возникновения ленгмюровского коллапса в плазме с развитой турбулентностью. Теоретические оценки размера, достигаемого кавитоном до начала поглощения энергии высокочастотных колебаний электронами плазмы, показывают, что эта величина существенно зависит от функции распределения электронов, изменяясь в пределах от 30 r_d в равновесной плазме до 150-250 r_d в плазме с сверхтепловыми электронами, как в нашем случае [4]. В данной работе нами применен метод некогерентного томсоновского рассеяния с высоким пространственным (150 мкм) и временным (3 нсек) разрешением для исследования динамики плотности электронов плазмы и получены оценки сверху стартового размера и уровня модуляции плотности электронов в коллапсирующих кавернах, возникающих в условиях сильной ленгмюровской турбулентности.

    Литература:
   1. Бурмасов В. С., Вячеславов Л. Н. и др. ВАНТ, сер. Термоядерный синтез, 1987, вып.2. стр. 31-34.
   2. L.N.Vyacheslavov, V.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, E.P.Krurgyakov, O.I.Meshkov, and A.L.Sanin, Physics of Plasmas, 2(6), 2224-2230, (1995).
   3. V.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, Eh.P.Kruglyakov, O.I.Meshkov, A.L.Sanin, and L.N.Vyacheslavov, in Proc. XXII International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Hoboken, USA, August 1995 v.3, p.13-14.
   4. L. N. Vyacheslavov, V. F. Gurko, I. V. Kandaurov, Eh. P. Kruglyakov, O. I. Meshkov, A. L. Sanin and V. F. Zharov. - Proceedings of 11th International Conference on High Power Particle Beams, Prague, Czech Republic, June 10-14, 1996, p. 327-330.

ЧИСЛЕННАЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЫ

Иньков Л.В., Левченко В.Д., Сигов Ю.С.

Институт прикладной математика им. М.В. Келдыша РАН

    Интерес к пылевой плазме и ее численному моделированию резко возрос за последние 3 года. Это объясняется, с одной стороны, новейшими лабораторными экспериментами, выявившими широкий спектр интересных явлений и, с другой стороны, важными технологическими приложениями в области промышленного плазменного травления.
    Математическое моделирование пылевой плазмы - это совершенно новая область исследования, находящаяся в процессе становления. За последние два года наметилось несколько подходов к решению данной проблемы. При этом плазма чаще всего моделируется гидродинамически [1] или крупными частицами [2], а пылевые частицы описываются с помощью молекулярной динамики. Большие надежды возлагаются на неявный PIC-метод и гибридные модели. В данной работе представлен краткий обзор и классификация существующих моделей пылевой плазмы с точки зрения возможностей моделирования методами крупных частиц и молекулярной динамики, а также обсуждаются основные трудности в этой области.
    Далее в работе представлена 3х-мерная объектно-ориентированная модель пылевой плазмы, использующая:
- метод крупных частиц в ячейке для электрон-ионной плазмы,
- метод молекулярной динамики для пылевых частиц,
- уравнение Пуассона для самосогласованного поля,
- заданный поток электронов на границах области.
    Модель реализована в рамках универсального кинетического кода SUR [3]. В качестве примера численно решена классическая задача о взаимодействии двух пылинок конечного размера, помещенных в электрон-протонную плазму.
    Данная модель может быть использована при решении широкого круга задач - от исследования космической плазмы до производства микропроцессоров.

    Работа поддержана грантом РФФИ 96-02-17626.

   [1] F.Melandso, J.Goree J, J.Vac.Sci.Technol.A 14(2), 1996, pp.511-524.
   [2] N.F.Otani, A.Bhattacharjee, Phys.Rev.Lett. 78, 1997, p.468
   [3] V.D.Levchenko, Yu.S.Sigov. ``Dynamics of transport in plasmas and charged beams'', G.Maino and M.Ottaviani, eds., pp 55-69, Singapore-London, World Scientific, 1996.

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ   РАЗРЯДЫ   НА   ПОВЕРХНОСТИ  ТВЕРДЫХ   ДИЭЛЕКТРИКОВ

Иванов В.А., Батанов Г.М., Коныжев М.Е.

Институт общей физики PАН, Москва, Pоссия
e-mail: ivanov@fpl.gpi.ru

   Представлен цикл экспериментальных работ по физике возбуждения и поддержания  безэлектродных  сверхвысокочастотных (СВЧ) разрядов на поверхности диэлектрических материалов в вакууме. Исследования проводились на нескольких эспериментальных установках с использованием мощных СВЧ приборов и генераторов на основе релятивистских электронных пучков с импульсной мощностью от 1 до 100 МВт, длительностью импульсов от 0,05 мкс до 1мс.
   На основе изученных  свойств СВЧ разpядов и pазpаботанных кpитеpиев построена классификация pазличных типов безэлектродных импульсных СВЧ pазpядов, развивающихся на повеpхности диэлектpических материалов [1-4]:
      - вторично-эмиссионный электронный СВЧ разряд,
      - диссипативный СВЧ разряд,
      - контрагированный разряд в результате СВЧ пробоя,
      - плазменно-факельный СВЧ разряд.
   Опpеделены условия для тpансфоpмации одного типа СВЧ pазpяда в дpугой, представлены данные об основных характеристиках плазмы, рассматриваются физические явления, обусловливающие характер воздействия плазмы разрядов на материалы. Классифицированы виды эpозии  диэлектрических материалов в  СВЧ pазpядах и определены процессы, их обусловливающие. Рассмотрены некоторые технологические аспекты применения плазмы СВЧ разрядов.
   Исследование воздействия мощного импульсного СВЧ излучения на диэлектрические материалы в вакууме является актуальным и представляет значительный интерес для фундаментальной и прикладной физики плазмы и СВЧ техники.

   Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Проект №96-02-17647)  и ФЦП  “ИНТЕГРАЦИЯ “ (Проект № 450).

   Литература.
   1. Batanov G.M.,   Ivanov V.A.,   Konyzhev M.E.   Luminescence  of  short-lived color
 centers in LiF crystals excited by secondary-electron emission microwave discharge. /In: Strong Microwaves in Plasmas. Vol. 1. P. 401-406. Ed. A.G.Litvak. Nizhny Novgorod: Institute of Applied Physics, 1997.
   2. Батанов Г.М., Иванов В.А., Коныжев М.Е..   Микроволновый   пробой  ионных кристаллов,   инициированный   вторично-эмиссионным   разрядом.   Письма  в ЖЭТФ, 1994. Т. 59. №10. С. 655-658.
   3. Batanov G.M.,  Ivanov V.A.,  Konyzhev M.E. et al.  Generation of high potentials in plasma by the interaction with intense microwave radiation. /In: Strong Microwaves in Plasmas. Ed. A.G.Litvak. V.2. P.553. Nizhny Novgorod: Ins. Appl. Phys., 1991.
   4.  Генерация нелинейных волн и квазистационарных токов в плазме. М.: Наука, 1988. - 168 с. (Труды ИОФАН; Т. 16.  - ISBN 5-02-000751-X).

2.5  -МЕРНОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САМОМОДУЛЯЦИИ ДЛИННОГО РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО СГУСТКА В ПАЗМЕ

Карась В.И., Балакирев В.А., Левченко В.Д.*, Сигов Ю.С.*, Сотников Г.В., Файнберг Я.Б.

Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт", Харьков, Украина,
*Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша, Москва, Россия.

    В работе представлены результаты численного моделирования возбуждения кильватерных полей в плотной плазме. Система релятивистские электронные бунчи - плазма описывается полной системой для двух пространственных и трех скоростных координат релятивистских уравнений Власова для каждой компоненты плазмы и нелинейными уравнениями Власова для каждой компоненты плазмы и нелинейными уравнениями Максвелла для самосогласованных электромагнитных полей.
    Ускорение заряженных частиц волнами плотности заряда в плазме и нескомпенсированных пучках заряженных частиц является одной из перспективнейших тенденций в коллективных методах ускорения. Переменная часть плотности заряда может быть сделана очень высокой (вплоть до  , где   - невозмущенная плотность плазмы); следовательно, ускоряющие поля могут достигать значений 10⁷ё10⁹ В/см. П.Чен и др. предложили модификацию метода ускорения Я.Б.Файнберга, состоящего в использовании последовательности бунчей.
    При распространении в плазме длинного сгустка на его частицы действуют мощные поперечные и продольные силы со стороны кильватерных электрических полей. Продольные поля будут приводить к продольной модуляции электронного сгустка, т.е. к разбиению первоначально однородного сгустка на макробунчи с периодом модуляции  см,  - плотность плазмы,  - ленгмюровская плазменная частота. Поэтому модуляция электронного сгустка будет приводить к увеличению амплитуды кильватерного поля за сгустком. Этот эффект открывает возможность использования длинноимпульсных электронных сгустков для возбуждения интенсивных кильватерных полей в плазме. Примечательно, что эффект продольной модуляции на плазменной частоте имеет место и для длинного лазерного импульса.
    Ранее в рамках одномерного приближения теоретически исследован процесс модуляции в плазме длинных электронных сгустков продольными кильватерными полями и показано, что модуляция частиц длинного сгустка, движущегося в плазме, приводит к увеличению амплитуды кильватерной волны. Этот эффект объясняется когерентным сложением полей, возбуждаемых микробунчами, на которые разбивается пучок в процессе модуляции. Сгусток модулируется на плазменной частоте.
    В настоящей работе рассматривается 2.5-мерное численное моделирование кильватерных полей длинными релятивистскими электронными сгустками (РЭС).
    Возбуждение кильватерных полей изучается при помощи 2D3V аксиально симметричного кода COMPASS. Ранее этот код был использован для моделирования индукционного ускорителя, модулированного РЭП и отдельного релятивистского электронного бунча или последовательности таких бунчей в плазме.
    Полученные пространственные распределения плотностей РЭС и электронов плазмы для моментов времени  и   показывают, что при начальном отношении плотностей   уже при   это отношение достигает значения 0.04.  При   максимальная плотность частиц пучка становится соизмеримой с плотностью плазмы, т.е. наблюдается очень сильная модуляция плотности частиц пучка.
    Пространственные распределения продольного  и поперечного  электрических полей показывают, что амплитуды  и  увеличиваются благодаря усилению модуляции плотности. При   максимальная амплитуда продольного поля достигает 0.3 , а максимальная амплитуда поперечного - 0.2. Существенно, что нарастание амплитуды происходит только на небольшой длине РЭС. Поэтому использование длинных РЭС с длиной большей длины, которая соответствует максимуму амплитуды продольного поля, нецелесообразно, т.к. не приводит к увеличению возбуждаемого кильватерного поля.
    Проведенные численные эксперименты показали, что нелинейная динамика частиц плазменных компонент и сгустков приводит к следующим эффектам: поперечный размер бунчей изменяется в очень широких пределах; вблизи оси системы формируется ионный канал, способствующий стабилизации распространения сгустков и нарастанию возбуждаемых ими полей; для длинного сгустка в результате его самомодуляции происходит существенное увеличение амплитуды возбуждаемых электрических полей. Однако, следует использовать сгустки оптимальной длины, поскольку увеличение длины сгустка более оптимальной длины даже при самомодуляции не приводит к нарастанию амплитуды возбуждаемых электрических полей.

ЗАРЯДОВАЯ КОМПЕНСАЦИЯ И УСКОРЕНИЕ ТОЛСТОСТЕННОГО ИОННОГО ПУЧКА В ЛИНЕЙНОМ ИНДУКЦИОННОМ УСКОРИТЕЛЕ

В.И.Карась, Н.Г.Белова*

Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт", г. Харьков, Украина,
*Физико-технологический центр РАН, г. Москва, Россия

    Современные трех-пяти зазорные линейные индукционные ускорители способны формировать сильноточные ионные пучки (кА и более) с энергиями сотни кэВ. Для тяжелоионного термоядерного синтеза требуется мощность пучка и яркость увеличить на несколько порядков. Таким образом, необходимо изучить большое число существенных физических проблем для создания драйвера для инерциального термоядерного синтеза. Среди них главными являются компенсация сил пространственного заряда сильноточного ионного пучка (СИП) электронами и подавление электронного пучка с помощью магнитной изоляции ускоряющих промежутков. Аксиальная симметрия линейного индукционного ускорителя не позволяет использовать традиционные способы зарядовой и токовой компенсации СИП в ускоряющих магнитоизолированных промежутках. Ранее нами было предложено компенсировать СИП специально инжектированным релятивистским электронным пучком, сопровождающим ионный пучок. Электронный пучок дрейфует через ускоряющий промежуток благодаря самосогласованному азимутальному магнитному полю, обусловленному небольшим радиальным разделением ионного и электронного пучков.
    Предыдущие наши численные исследования динамики релятивистского электронного и нерелятивистского ионного пучков, распространяющихся через один и два каспа линейного индукционного ускорителя при наличии и отсутствии ускоряющего электрического поля, позволили оптимизировать зарядовую и токовую компенсации тонкостенного СИП как в ускоряющих зазорах, так и в дрейфовых промежутках.
    Моделирование показало устойчивость тонкостенного СИП на многих периодах ионных ленгмюровских и ларморовских осцилляций. Определено также оптимальное соотношение между внешним электрическим полем и энергией компенсирующего электронного пучка.
    В докладе изложены результаты исследований толстостенного ионного пучка. Исследование проведено для одного и двух каспов линейного индукционного ускорителя. Зарядовая и токовая компенсации трубчатого пучка обеспечивается релятивистским электронным пучком и упреждающей инжекцией холодных электронов в дрейфовые промежутки.
    В результате исследований получены ограничения на толщину стенок трубчатого ионного пучка, которые обеспечивают:
1) одновременность зарядовой и токовой компенсации по поперечному сечению СИП;
2) глубину проникновения ускоряющего электрического поля, существенно превосходящую толщину стенок трубчатого СИП.

ДИНАМИКА МИКРОВОЛНОВОГО РАЗРЯДА ДИФФУЗНОГО ТИПА В ПОКОЯЩЕМСЯ ГАЗЕ

К.В.Ходатаев

Московский Радиотехнический институт РАН, Москва, Россия

    На модели газового разряда диффузного типа в поле микроволнового излучения, учитывающей конечность длины волны, простейшие факторы ионизационного баланса (ионизацию электронным ударом, прилипание, рекомбинацию, электронную и амбиполярную диффузию) и нагрев газа, исследовано его развитие и распространение в различных ситуациях.  В рамках применимости модели, справедливой в области малых давлений газа, когда тепловые процессы проявлены слабо, на примере разряда в воздухе показано следующее.
    В первоначально однородном по амплитуде (еще не возмущенном разрядом) поле излучения E_o, уровень которого превышает критическое значение E_cr (т. е. значение, при котором частота ионизации n_i(E) равна частоте прилипания n_a), из локального возмущения  с произвольно малым уровнем ионизации формируется фронт разряда - слой ионизации, перемещающийся навстречу излучению со скоростью W=2Ч(DЧn)^0.5, определяемой суммарной частотой ионизации и прилипания электронов n=n_i(E)-n_a и коэффициентом электронной (но не амбиполярной) диффузии D [1].  Толщина слоя порядка D=WЧn_a.  Чем больше превышение поля над критическим значением, тем выше проводимость в газоразрядном слое и тем ближе к единице коэффициент отражения от него (электрическое поле на фронте при этом стремится к критическому значению). Максимальное значение проводимости при большой надкритичности определяется этим условием и может быть оценено соотношением s_max=(2ЧE_o/E_cr-1)²Ч(1+w²/n_c²)^0.5Чw/4p (w- частота поля, n_c- транспортная частота столкновений электронов).
    При (D/n)^0.5іс/w, распространение носит прерывистый характер со скачками фронта равными четверти или половине длины волны излучения.
    Если область начальной ионизации достаточно размыта и простирается на много длин волн, видимая скорость распространения фронта может принимать произвольно большие значения, определяемые начальным состоянием.
    В поле, спадающем к источнику излучения (от фокуса к фокусирующей антенне), разряд достигает места, где поле излучения меньше критического, и переходит в мерцающий режим: позади затухающего фронта возникает следующий фронт и процесс повторяется, пока не перейдет в тепловой режим распространения.
    Модель, принятая к исследованию, отражает основные особенности диффузного динамики развития разряда в микроволновом поле излучения [2]. Это позволяет предположить, что влияние других факторов, в частности, излучения, на динамику разряда второстепенно. Однако, это предположение требует дополнительного исследования.

    Литература.
   [1]К.В.Ходатаев, Б.Р.Горелик. //Физика Плазмы. 1997, Т.23, №3, сс. 236-245.
   [2] С.В.Голубев, С.И.Грицинин, В.Г.Зорин и др./ В кн. Высокочастотный разряд в волновых полях. Горький, ИПФ, 1988. Стр.137.