В НИЦ «Курчатовский институт» работает специализированный источник синхротронного излучения — накопитель электронов «Сибирь-2». Для улучшения потребительских качеств установки на накопитель установлена система подавления когерентных колебаний электронного пучка. Неотъемлемыми частями этой системы являются устройства, воздействующие на пучок посредством электромагнитных полей. Основные моменты разработки одного из таких устройств, называемого ВЧ-кикером, и результаты измерений готового изделия представлены в данной статье.
В работе представлена конструкция и результаты испытания импульсно-периодического резонансного плазменного источника с рабочей частотой 2,45 ГГц на основе магнитной ловушки пробочного типа с постоянными магнитами. Исследовались изменения параметров разряда и температуры электронов аргоновой плазмы в широком диапазоне изменения давления рабочего газа от 1·10-4 до 4·10-3 Торр и падающей мощности СВЧ до 600 Вт. Температура электронов в разряде определялась методом относительных интенсивностей (ЭОС) и двойным зондом в указанном диапазоне изменений падающей мощности и давления. Полученные методом ЭОС зависимости в пределах экспериментальных погрешностей находятся в хорошем количественном и качественном согласии с результатами, полученными методом двойного зонда.
На основе экспериментальных данных и теоретических оценок изучено развитие объемного разряда в Ar атмосферного давления при больших перенапряжениях и удельных энерговкладах. При перенапряжениях более 75 % формируется сильноточный диффузный разряд с удельной мощностью ~107 Вт/см3, плотностью тока ~103—104 А/см2, концентрацией электронов ~1017 см-3 и температурой ~1 эВ. Основным механизмом ионизации является ступенчатая ионизация, а каналом гибели электронов — диссоциативная рекомбинация.
Экспериментально исследованы электрические разряды атмосферного давления между жидким электролитным и металлическим электродами в различных вариантах полярности их подключения к источнику питания. Получены и проанализированы спектры сигналов тока в мегагерцовом диапазоне изменения частоты. Выявлено, что возникновению высокочастотных пульсаций тока сопутствуют явления распыления и эрозии электродов.
Методом частиц в ячейке проведено 3D-моделирование плазмы для конфигурации полей, реализуемых в ЭЦР-источнике (2,45 ГГц) рентгеновского излучения CERA-RX(C). Получены зависимости энергетических спектров электронов, высаживаемых на электрод-мишень, от амплитуды и частоты пульсаций электрического поля, лежащей в мегагерцовом диапазоне. Проведено сравнение с результатом натурного эксперимента.
Представлены результаты экспериментального исследования параметров ЭЦР-плазмы, формируемой в коаксиальном резонаторе со спиральной волноводной структурой. Определены зависимости газовой и энергетической эффективности формирования ионного потока от массового расхода рабочего газа (Ar) и СВЧ-мощности (2,45 ГГц), вводимой в резонатор.
Методом эмиссионной спектроскопии измерены функции распределения молекул по низким вращательным уровням молекулы водорода в триплетном состоянии 3 d u и определены величины вращательной и поступательной температур основного и возбужденного триплетного состояний молекулы водорода.
Построена приближенная математическая модель физических процессов в геликонном разряде. Эта модель позволяет найти математические связи между вкладываемой мощностью, параметрами плазмы и электромагнитными полями, возбуждаемыми в цилиндрически симметричном геликоном разряде. На группе экспериментальных и расчетных данных произведена первоначальная верификация отдельных результатов численных расчетов, выполненных с использованием разработанной приближенной математической модели.
Эволюция начальных возмущений представляет самостоятельный интерес при описании турбулентного состояния. Для замагниченной плазмы при определенных условиях возможно проследить эволюцию отдельного малого возмущения, нарастающего в результате неустойчивости дрейфового типа вплоть до перехода в нелинейный режим. Такая возможность основана на экспериментально установленной связи спектров пульсаций с предсказаниями линейной теории дрейфовых неустойчивостей. Предложенная модель базируется на рассмотрении дрейфовой волны конечной амплитуды в условиях воздействия сдвигового течения. Выполненные теоретические оценки амплитуды возмущений находятся в разумном согласии с экспериментально наблюдаемыми значениями.
Выполнены оценки основных теплофизических параметров плазмы, которая возникает на месте термоядерной мишени при её обжатии и нагреве высокоскоростными импульсными плазменными струями (плазменным лайнером) или излучением многоканального лазера (лазерным драйвером). Обсуждаются инновационные схемы — “стандартный” вариант и “комбинированная” схема для магнитно-инерциального термоядерного синтеза (МИТС).