Было спроектировано, изготовлено и испытано нескольких вариантов коаксиальных инжекторов с целью создания компактного, стабильно работающего коаксиального инжектора импульсной плазменной струи. Проведены эксперименты с диэлектрической вставкой из силикатного стекла и из фторопласта. Продемонстрированы основные преимущества коаксиальной конструкции: простота ее исполнения и, следовательно, дешевизна и точность исполнения, а также возможность согласованного режима и возможность «симметризации» разряда внутри камеры при уединенном радиальном стримере инициации по поверхности диэлектрической вставки.
Установлена связь между мощностью электромагнитного излучения плазмы дуги и величиной потока излучения, падающего на поверхность фотоприёмника. С этой целью решено уравнение переноса излучения в плазме дуги для случаев, когда поверхности электродов полностью отражают либо полностью поглощают падающее на них излучение. Рассматривается случай, когда газоразрядная плазма является аксиально-симметричной, однородной и находится в состоянии локального термодинамического равновесия. Получены формулы для мощности Ppl излучения дуги и мощности Pd излучения, падающего на фотоприёмник. Установлено соотношение, связывающее мощности Ppl и Pd. Выполнен численный анализ этого соотношения в широком диапазоне значений геометрических параметров задачи. Результаты расчётов представлены в удобной графической форме. Получены простые асимптотические формулы, связывающие Ppl и Pd в широкой области параметров эксперимента.
В настоящее время в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» идёт подготовительная стадия работ для первых экспериментов на токамаке Т-15МД. Одним из этапов подготовки является сооружение гиротронного комплекса и конструирование системы ввода СВЧ-мощности для электронно-циклотронного резонансного (ЭЦР) нагрева плазмы. Во время наладочных работ, в связи с пониженным энергопитанием, Т-15МД будет работать с относительно низкими магнитными полями (тороидальное магнитное поле в центре плазмы Btor(r/a = 0) 1,5 Тл). Поэтому частота гиротрона выбрана равной 82,6 ГГц при длительности импульса до 30 секунд с выходной мощностью около 1 МВт. Эксперименты предполагается проводить на второй гармонике необыкновенной волны при вводе СВЧ-излучения с внешней стороны вакуумной камеры (резонанс при Btor 1,5 Тл). СВЧ-излучение гиротрона поступает к фланцу камеры установки по вакуумному гофрированному волноводу, длинной около 35 м, с внутренним диаметром 63,5 мм. Главной задачей гиротронного комплекса Т-15МД на первой стадии работ является предыонизация рабочего газа. Система ввода позволяет фокусировать волновой пучок, и в области фокусировки плотность мощности в поперечном сечении достигает значений 0,200,25 МВт/см2, что аналогично успешным экспериментам по пробою на токамаке Т-10. Последнее зеркало системы ввода способно отклонять пучок в тороидальном и полоидальном направлениях в пределах (25о) и (–5о)(+35о) соответственно. Это придаёт гибкость экспериментам, как по пробою, так и другим задачам по ЭЦР-нагреву и поддержанию безындукционного тока электронно-циклотронными волнами на квазистационарной стадии разряда. В условиях пробоя на стороне сильного магнитного поля (Btor(r/a = 0) 1,3 Тл), электротехническая система Т-15МД позволяет быстро поднять поле в процессе разряда, переместив нагрев в центр.
Приводятся результаты двух фаз завершающих испытаний (конец 2021 – начало 2023 годов) по подготовке к первым экспериментам с круглой плазмой на установке токамак Т-15МД. На этом этапе система СВЧ-нагрева (гиротронный комплекс) установки оснащена одним гиротроном с рабочей частотой 82,6 ГГц и выходной мощностью около 1 МВт. Установлена фокусирующая система ввода СВЧ-излучения, которая может быть использована как для предыонизации рабочего газа, так и для нагрева плазмы. Осуществление СВЧ-пробоя планируется на второй гармонике необыкновенной волны. Испытания, проведённые на гиротронном комплексе Т-15МД, включали в себя юстировку вакуумированного зеркально-волноводного тракта, общая длина которого 37 м, и измерения потерь СВЧ-мощности до входа в камеру токамака. Измерения величины мощности гиротрона производились калориметрическим способом, при этом значение коэффициента передачи СВЧ-линии передачи составило величину не меньше 0,9. Осуществлён ввод СВЧ-излучения в камеру Т-15МД на уровне мощности 0,95 МВт при длительности импульса 125 мс.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на юбилейной L Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 20 по 24 марта 2023 года в г. Звенигород Московской области. Проведен анализ достижений в основных направлениях раз-вития исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
Компактная схема инерциального электростатического удержания с обратной полярностью на основе наносекундного вакуумного разряда (НВР) позволяет ускорять ионы до энергий, необходимых для ядерных реакций. Например, ионы дейтерия ускоряются в поле виртуального катода (в потенциальной яме) и при их встречных столкновениях c энергиями 100 кэВ может иметь место ядерный DD-синтез. Если потенциальная яма в вакуумном разряде оказывается наполненной дейтерий-содержащими кластерами, то появляется дополнительный канал DD-синтеза «ускоренный ион – кластер». В данной работе обсуждается и исследуется роль кластерной мишени при генерации DD-нейтронов в НВР.
Представлены результаты экспериментов на квазистационарном стеллараторе
Л-2М в режиме электронно-циклотронного резонансного нагрева при помощи двух ги-ротронов. Получены результаты по увеличению энергетического времени жизни плазмы с помощью временной модуляции (профилирования) СВЧ-импульса. Первый гиротрон на фиксированной мощности служил для ионизации и первичного нагрева плазмы, второй обеспечивал стационарный разряд длительностью 10 мс. Продемонстрировано, что варьируя мощность второго гиротрона в диапазоне 50–200 кВт, есть возможность увеличить время жизни в 4 раза при снижении мощности второго гиротрона до 50 кВт. Работа представляет интерес как метод исследования горячей плазмы, удерживаемой в тороидальной магнитной системе стелларатора.
Установлено, что давление и температура плазмы излучающей дуги могут быть определены по измеренным значениям напряжения на плазменном столбе, разрядного тока и фототока, обусловленного потоком излучения всего объёма плазмы на фотоприёмник. Для случая аксиально-симметричной однородной дуговой плазмы, находящейся в состоянии локального термодинамического равновесия, сформулированы уравнения, связывающие значения параметров плазмы с результатами измерений. Уравнение для фототока получено на основе решения уравнения переноса излучения в плазме дуги произвольной оптической плотности. Рассмотрены случаи отражающих и поглощающих электромагнитное излучение поверхностей электродов. Показано, что задача определения параметров плазмы дуги сводится к решению системы двух нелинейных относительно давления и температуры уравнений. Описанный метод использован для определения параметров плазмы сильноточной вакуумной дуги на этапе анодной активности. На примере плазмы вакуумной дуги показана устойчивость метода по отношению к погрешностям исходных данных.
Рассмотрен метод формирования пленки высокоэнтропийных сплавов (ВЭС), заключающийся в ее осаждении на подложку в вакууме из многокомпонентной газо-металлической плазмы, созданной одновременным независимым вакуумно-дуговым испарением катодов выбранных элементов в режиме с плазменным ассистированием. Показано, что варьирование тока разряда электродуговых испарителей позволяет в широких пределах изменять элементный состав пленок ВЭС. Установлено, что сформированные пленки являются однофазными материалами, имеющими объемноцентрированную кристаллическую решетку, параметр которой изменяется в пределах от 0.31661 до 0.31959 нм и закономерным образом зависит от концентрации элементов в сплаве. Формируемые пленки ВЭС имеют нанокристаллическую структуру, области когерентного рассеивания которой изменяются в пределах от 15.1 до 25.2 нм. Микротвердость пленок зависит от концентрации химических элементов и изменяется в пределах от 13.0 до 15.0 ГПа.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на LI Между-
народной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термо-
ядерному синтезу, состоявшейся с 18 по 22 марта 2024 года в г. Звенигород Москов-
ской области. Проведен анализ достижений в основных направлениях развития
исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за ру-
бежом.