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.
В работе выполнено сравнение зависимостей давления P, удельной внутренней энергии E, удельной энтропии S и степени ионизации Z от температуры T для плазмы смеси углекислого газа и ксенона, полученных на основе моделей ионизационного равновесия Саха и Томаса–Ферми в области их совместной применимости: 104 < Т < 106 К, 10-7 < ρ < 10-1 г/см3.
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).
Разряд в смеси газов обладает рядом особенностей, которые могут проявляться в экспериментах с пылевой плазмой. Например, при большом отличии атомных весов ионов и атомов, имеет место сильная анизотропия функции распределения ионов по скоростям, что, в свою очередь, может вызывать значительное изменение свойств пылевых структур. В работе выполнен анализ экспериментов по исследованию пылевых образований в газовом разряде смеси легкого и тяжелого газов — гелия и аргона.
Проведено экспериментальное исследование воздействия внешнего квазиазимутального магнитного поля на устойчивость электродугового разряда между стержневыми графитовыми электродами в открытой воздушной атмосфере. Показано, что границы устойчивости разряда существенно зависят от величины и направления токов разряда и магнитной системы, межэлектродного расстояния и числа линейных токов. В проведенных экспериментах с независимым питанием разряда и магнитов показано, что при малых межэлектродных расстояниях (10—20 мм) применение сильных магнитных полей (создаваемых контурными токами, превосходящими ток разряда в 3—5 раз) не приводит к стабилизации дуги, а вызывает быстрое её гашение независимо от направления токов в магнитной системе.
В работе представлены экспериментальные результаты, свидетельствующие о возможности реализации авторезонансного ускорения электронов плазмы в реверсном магнитном поле в протяженной ловушке пробочного типа. Показано, что в результате гиромагнитного авторезонанса образуется электронный сгусток с энергией несколько сотен кэВ, удерживаемый длительное время в пробкотроне. Методом частиц в ячейке проведено численное моделирование реверсного режима гиромагнитного авторезонанса. Полученные на численной модели результаты полностью согласуются с экспериментальными данными.
Рассчитаны и проанализированы характеристики дрейфа электрона в аргоне с парами ртути при напряженности электрического поля E/N = 1—100 Тд с учетом неупругих столкновений. Показано, что даже незначительные добавки атомов ртути в аргон, начиная с долей процента, сильно влияют на разряд, в особенности, на характеристики неупругих процессов. Исследовано влияние процентного содержания атомов ртути в аргоне на кинетические характеристики: коэффициенты диффузии и подвижности, частоту ионизации и т. п.
В работе представлены результаты экспериментального исследования поведения спектральных и фотометрических характеристик излучения в оптическом диапазоне импульснопериодического микроволнового ЭЦР-разряда (2,45 ГГц, мощность до 200 Вт, давление плазмообразующего газа Ar от 110-4 до 110-1 Торр). В этих условиях в рабочем объеме создается плотная (ne = 11010÷41011 см-3) низкотемпературная (Те = 3÷5 эВ) плазма с высокой степенью ионизации (110-3÷510-5). Показано, что регистрируемое повышение концентрации электронов вблизи верхней границы указанного диапазона давлений при неизменном уровне подводимой мощности приводит к радикальному изменению типа и спектрального состава излучения, а также к пороговому характеру увеличения светового потока. Анализ зондовых и оптических измерений позволил выделить диапазон изменения рабочих условий, определяющих характер и параметры изучаемых радиационных процессов.
Метод рентгенографической диагностики использован для определения области локализации и форм-факторов релятивистского плазменного сгустка, генерируемого в зеркальной магнитной ловушке в условиях гиромагнитного авторезонанса, с последующей оценкой плотности электронной компоненты. Анализ рентгенограмм свидетельствует о наличии частиц с энергиями масштаба сотен кэВ со средней концентрацией в диапазоне 2—81010 см-3. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами рентгеноспектральных измерений и вычислительного эксперимента на основе метода частиц в ячейке.
Рассматривается интегральная устойчивость рабочих режимов термоядерного реактора. Показано существенное различие условий устойчивости для режимов с нагревом термоядерными альфа-частицами и без термоядерной реакции, связанное с тем, что мощность нагрева термоядерными продуктами в значительно большей степени зависит от параметров плазмы, чем поглощенная мощность внешнего нагрева. Данный вопрос является важным для анализа возможных стационарных рабочих режимов термоядерных реакторов на основе альтернативных систем удержания плазмы. Область устойчивости существенно расширяется при снижении коэффициента усиления мощности в плазме Q. Это обстоятельство важно для источников термоядерных нейтронов с Q ~ 1, так как означает более надежное управление энерговыделением, чем в реакторах с Q ~ 10. Анализ основан на уравнении энергии. В общем виде время удержания представлено в виде степенного закона. Проанализированы некоторые законы удержания. Например, один из возможных законов удержания для обращенной магнитной конфигурации (FRC) может соответствовать неустойчивым режимам при Q > 5.
В работе построена физико-математическая модель магнитно-инерциального термоядерного синтеза (МИТС), разработан численный метод расчета параметров при имплозии замагниченной мишени, что открывает возможности создания новых плазменных источников высокой плотности для применения их в материаловедческих экспериментах и для перспективных направлений энергетики. Выполнено первоначальное тестирование разработанной численной методики.