Успехи прикладной физики

В работе приведены результаты экспериментального изучения сохраняемости герметичных камер плазменного фокуса (ПФ) с дейтерий-тритиевым и дейтериевым заполнениями. Сохраняемость определяется как поддержание уровня выхода нейтронного излучения при работе камер ПФ в составе импульсных нейтронных генераторов после длительных интервалов хранения. Выделение примесей с внутренних поверхностей камеры ПФ и накопление гелия He3 вследствие распада трития в объеме отпаянных камер ПФ приводит к значительному снижению уровня выхода нейтронного излучения через несколько лет после заполнения камеры рабочей смесью. В статье показано, что сохраняемость камер значительно увеличивается при использовании генератора газа, в котором изотопы водорода содержатся в связанном состоянии, и выделяются во внутренний объем камеры только на время работы в составе нейтронных генераторов. Экспериментально показано, что сферические камеры типа ПФ9 обеспечивают уровень выхода нейтронного излучения Y, близкий к начальному значению Y0 при производстве камер, спустя более чем 10 лет хранения.

Рассмотрены история изобретения и развития газового термометра и появления на его основе оптико-акустических приемников (ОАП), начиная с первых работ Белла, Хейса, Голея и до настоящего времени. Отмечены преимущества ОАП, заключающиеся в постоянной и высокой чувствительности в широкой области спектра и наивысшей среди тепловых приемников обнаружительной способности. Рассмотрены основные характеристики мембран – основных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена как наиболее предпочтительного материала для мембран. Проведены оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создавать приемники ИК- и ТГЦ-излучения с ячейками порядка десятков микрон, имеющими предельно высокую чувствительность. Предложена новая конструктивная схема неохлаждаемых матричных гелий-графеновых оптико-акустических приемников, обладающих теоретически предельными чувствительностью и быстродействием и расширенным до гелиевых температур рабочим диапазоном.

На основе полученных экспериментальных данных сделан вывод о том, что под действием импульса лазерного излучения в продуктах эрозии электродов зажигается первоначально тлеющий разряд, который в результате развития ионизационно-перегревной неустойчивости испытывает контракцию токового канала и переходит в дуговой. Показан характер зависимости минимальной энергии лазерного излучения, необходимой для инициирования разряда, и пороговой энергии лазерного излучения, при превышении которой лазерное из-лучение эффективно воздействует на возникающую лазерную плазму, от термодинамических параметров материала мишени.

Представлены результаты измерения продольного электрического тока, возбуждаемого в тороидальной плазме стелларатора Л-2М в результате мощного импульсного СВЧ-нагрева (мощность до 600 кВт, длительность импульса до 20 мс). В экспериментах для создания и нагрева плазмы в стеллараторе использовалось СВЧ-излучение гиротронов на частоте 75 ГГц, равной частоте 2-й гармоники электронного циклотронного резонанса для магнитного поля с индукцией В = 1,34 Тл в центре плазменного шнура. Для измерения токов в плазме использовались диагностические системы стелларатора, предназначенные для регистрации изменений во времени поперечного и полоидального магнитных полей. Показано, что наличие в конструкции стелларатора железного трансформатора омического нагрева существенно влияет на временное развитие токов равновесия вследствие значительной индуктивности плазменного шнура. При компенсации индуктивности этих устройств ожидаемая величина возбуждаемого в плазме тока может достигать величины около 7 кА.

Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLVIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 15 по 19 марта 2021 года в режиме online. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.