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.
The hypothesis of discharge initiation in vacuum gap by optical range radiation based on previously obtained experimental data. During the laser pulse interaction with electrode erosion products the glow discharge has ignited. In result of ioniza-tion-overheating instability the discharge has had current channel contraction and has transferred to arc. The dependences of material of target thermo dynamical pa-rameters on the minimal and threshold laser pulse energy have demonstrated. The threshold laser pulse energy – the energy which enough to effective impact on the la-ser plasma.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2021-9-4-325-336
- eLIBRARY ID
- 46613725
Суммируя полученные результаты, можем отметить следующее.
Характер зависимости регистрируемых временных параметров от энергии излучения одинаков для различных материалов катода.
Под действием импульса лазерного излучения в межэлектродном пространстве в продуктах эрозии электродов, по-видимому, зажигается первоначально тлеющий разряд, который затем в результате развития ионизационно-перегревной неустойчивости испытывает контракцию токового канала и переходит в дуговой. При величине энергии излучения, превышающей пороговое значение, падающее на катод излучение ускоряет процесс развития ионизационно-перегревной неустойчивости.
Величина минимальной необходимой для поджига разрядника энергии лазерного импульса (ELP)min и пороговой энергии (ELP)thre, начиная с которой проявляется зависимость регистрируемых временных параметров процесса коммутации от энергии лазерного импульса, определяется в первую очередь термодинамическими параметрами материала катода при выбранной длине волны излучения лазера, длительности импульса излучения и коммутируемого напряжения. Выявленные зависимости, по-видимому, указывают на то, что в данных обстоятельствах потенциал ионизации материала катода не является определяющим параметром, как в прочем и некоторые другие, например, зависимость поглощательной способности для заданной длины волны излучения от состава материалов катода и паров их металлов. Приведем дополнительный довод по поводу последнего. Известен параметр Келдыша, который позволяет оценить возможность ионизации газа электромагнитной волной высокой интенсивности при энергии фотонов ниже энергии ионизации молекул (атомов). Параметр показывает, что определяющей величиной является интенсивность лазерного излучения [21].
Выявленные зависимости, отраженные в виде приведенных диаграмм, дают возможность подбирать материал катода или мишени, расположенной на его поверхности, с целью оптимизации конструкции миниатюрного вакуумного разрядника с лазерным поджигом. Кроме того, при неизменной энергии поджигающего импульса лазерного излучения использование материала катода или мишени, который позволяет снизить требуемый уровень энергии поджига, приведет к повышению уровня стабильности и надежности срабатывания разрядника. Указанные обстоятельства прошли успешную проверку в серии соответствующих экспериментов, о результатах которых мы планируем сообщить в дальнейшем.
Список литературы
- Pendleton W. K., Guenther A. H. // Review of Scientific Instruments. 1965. Vol. 36. P. 1546.
- Месяц Г. А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. – М.: Наука, 2000.
- Сливков И. Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
- Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика. – М.: Наука, 2004.
- Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Козловская Т. И., Ревазов О. В., Селезнев В. П., Якубов Р. Х. // Прикладная физика. 2014. № 6. С. 32.
- Асюнин В. И., Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Козловская Т. И., Ревазов О. В., Селезнев В. П., Якубов Р. Х. // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. № 6. С. 613.
- Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Каторов А. С., Ревазов В. О., Якубов Р. Х. // ЖТФ. 2020. Т. 90. Вып. 6. С. 919.
- Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Корнеев А. В., Пшеничный А. А., Якубов Р. Х. // Успехи прикладной физики. 2019. Т. 7. № 1. С. 3.
- Ананьин О. Б., Афанасьев Ю. В., Крохин О. Н. Лазерная плазма. Физика и применение: Монография. – М.: МИФИ, 2003. – 400 с.
- Cremers D. A., Radziemski L. J. Hand-book of Laser Induced Breakdown Spectroscopy. – Wiley, New York, 2006.
- Биберман Л. М., Воробьев В. С., Якубов И. Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. – М.: Наука, 1982..
- Райзер Ю. П. Физика газового разряда. – М.: Наука, 1992.
- Велихов Е. П., Ковалев А. С., Рахманов А. Т. Физические явления в газоразрядной плазме. – М.: Наука, 1987.
- Жданов С. К., Курнаев В. А., Романовский М. К., Цветков И. В. Основы физических процессов в плазме и плазменных установках / Под ред. В. А. Курнаева. – М.: МИФИ, 2007.
- Райзер Ю. П. Лазерная искра и распространение разрядов. – М.: Наука, 1974.
- Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Карпов М. А., Корнеев А. В., Никишин Д. В., Якубов Р. Х. // Успехи прикладной физики. 2019. Т. 7. № 5. С. 454.
- Воробьев В. С. // УФН. 1993. Т. 163. № 12. С. 51.
- Делоне Н. Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Курс лекций. – М.: Наука, 1989.
- Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги. – М.: Наука, 1968.
- Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Якубов Р. Х. Вакуумный разрядник. Патент на полезную модель № 171371. 25.05.2017. Бюл. № 16.
- Keldysh L. V. // Soviet Physics JETP. 1965. Vol. 20. № 5. P. 1307.
- W. K. Pendleton and A. H. Guenther, Review of Scientific Instruments 36, 1546 (1965).
- G. A. Mesyats, Ectons in vacuum discharge: breakdown, spark, ark. (Nauka, Moscow, 2000) [in Russian]
- I. N. Slivkov, High voltage vacuum processes. (Energoatomizdat, Moscow, 1986) [in Russian]
- S. A. Ahmanov and S. Yu. Nikitin, Fizicheskaya optica. (Nauka, Moscow, 2004) [in Russian].
- S. G. Davydov, A. N. Dolgov, T. I. Kozlovskaya, V. O. Revazov, V. P. Seleznev, and R. Kh. Yakubov, Applied Physics, No. 6, 32 (2014) [in Russian].
- V. I. Asyunin, S. G. Davydov, A. N. Dol-gov, T. I. Kozlovskaya, V. O. Revazov, V. P. Seleznev, and R. Kh. Yakubov, Usp. Prikl. Fiz. 2 (6), 613 (2014).
- S. G. Davydov, A. N. Dolgov, A. S. Kato-rov, V. O. Revazov, and R. Kh. Yakubov, Tech. Phys. 90 (6) 919 (2020).
- S. G. Davydov, A. N. Dolgov, A. V. Korneev, A. A. Pshenichniy, and R. Kh. Yakubov, Usp. Prikl. Fiz. 7 (1), 3 (2019).
- O. B. Ananin, Yu. V. Afanasev, and O. N. Krohin, Laser plasma. Physics and application: Monograph. (MEPhi, 2003) [in Russian].
- D. A. Cremers and L. J. Radziemski, Handbook of Laser Induced Breakdown Spectroscopy. (Wiley, New York, 2006).
- L. M. Biberman, V. S. Vorobev, and I. T. Yakubov, Kinetics of nonequilibrium low temper-ature plasma. (Nauka, Moscow, 1982) [in Russian].
- Yu. P. Raiser, Gas Discharge Physics. (Nauka, Moscow, 1992) [in Russian].
- E. P. Velihov, A. S. Kovalev, and A. T. Rahmatov, Physical phenomena in gasdischarge plasma. (Naika, Moscow, 1987) [in Russian].
- S. K. Gedanov, V. A. Kurnaev, M. K. Romanovskii, and I. V. Cvetkov, Foundations of Physical Processes in Plasma (MIFI, Moscow, 2007) [in Russian].
- Yu. P. Raiser, Laser spark and charges propogation. (Nauka, Moscow, 1974) [in Russian].
- S. G. Davydov, A. N. Dolgov, M. A. Karpov, A. V. Korneev, D. V. Nikishin, and R. Kh. Yakubov, Usp. Prikl. Fiz. 7 (5), 454 (2019).
- V. S. Vorobev, Phys. Usp. 163 (12), 51 (1993).
- N. B. Delone, Interaction of Laser Radia-tion with Matter (Nauka, Moscow, 1989) [in Russian].
- I. G. Kesaev Cathode Processes of Electrical Arc (Nauka, Moscow, 1968) [in Russian].
- S. G. Davydov, A. N. Dolgov, and R. Kh. Yakubov RF Patent No. 171371. 25.05.2017. Bull. No. 16.
- L. V. Keldysh, Soviet Physics JETP 20 (5), 1307 (1965).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А.
Итоги развития научных исследований по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в России в 2020 году (Обзор материалов XLVIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу», 15–19 марта 2021 г.) 273
Голятина Р. И., Майоров С. А.
Аналитическая аппроксимация сечений столкновений электронов с атомами инертных газов 298
Гребенщиков С. Е., Васильков Д. Г., Иванов В. А., Сарксян К. А., Терещенко М. А., Харчев Н. К.
Электрические токи при создании и нагреве плазмы методом электронного циклотронного резонанса в стеллараторе Л-2М 310
Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Каторов А. С., Ревазов В. О., Якубов Р. Х.
Инициирование разряда в вакуумном промежутке излучением ИК-диапазона умеренной интенсивности 325
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Гибин И. С., Котляр П. Е.
От газового термометра до терагерцовой матрицы (обзор) 337
Юрков Д. И., Лавренин В. А., Лемешко Б. Д., Михайлов Ю. В., Прокуратов И. А., Дулатов А. К.
Сохраняемость камер плазменного фокуса с дейтерий-тритиевым заполнением 347
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. A. Grishina and V. A. Ivanov
Results of scientific research development in the fields of plasma physics and controlled fusion in Russia in 2020 (Review of reports of the XLVIII International Zvenigorod Conference, 2021) 273
R. I. Golyatina and S. A. Maiorov
Analytical approximation of cross sections of collisions of electrons with atoms of inert gases 298
S. E. Grebenshchikov, D. G. Vasilkov, V. A. Ivanov, K. A. Sarksyan, M. A. Tereshchenko, and N. K. Kharchev
Study of electric currents excitation in the plasma of the L-2M stellarator with its electronic cyclotronic creation and heating 310
S. G. Davydov, A. N. Dolgov, A. S. Katorov, V. O. Revazov, and R. Kh. Yakubov
The discharge initiation in vacuum gap by moderate intensity optical range radiation 325
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
I. S. Gibin and P. E. Kotlyar
From a gas thermometer to a terahertz matrix (a review) 337
D. I. Yurkov, V. A. Lavrenin, B. D. Lemeshko, Yu. V. Mikhailov, I. A. Prokuratov,
and A. K. Dulatov
Shelf life of plasma focus chambers with deuteriumtritium filling 347
Другие статьи выпуска
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.
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.
В работе представлен анализ данных по сечениям упругих и неупругих столкновений электронов с атомами благородных газов. Рассмотрены транспортное (диффузионное) сечение, сечения возбуждения и ионизации. Для выбранных наборов экспериментальных и теоретических данных найдены оптимальные аналитические формулы и для них подобраны аппроксимационные коэффициенты. Полученные полуэмпирические формулы позволяют воспроизводить значения сечений для них в широком диапазоне энергий столкновения от 0.001 до 10000 эВ с точностью нескольких процентов.
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.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400