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.
Рассматриваются возможности использования D–D-плазмы для генерации быстрых нейтронов. Важное преимущество D–D-реакции заключается в том, что отпадает необходимость воспроизводства трития. D–D-плазма может быть источником нейтронов с энергией 14 МэВ, которые рождаются в результате сгорания образующегося трития. Рассмотрено влияние примеси лития, который в небольшом количестве улучшает энергобаланс D–Dплазмы. Оптимальное с точки зрения критерия Лоусона отношение концентраций лития и дейтерия составляет 0,3—0,4. Выход в нейтронах с энергией 14 МэВ составляет около 50 % при добавлении лития-6 и около 35 % при добавлении лития-7. Требуются температуры около 100 кэВ. Поэтому для этого вида термоядерного топлива давление плазмы должно быть примерно равно магнитному давлению. Для увеличения скорости реакции может быть использован интенсивный нагрев пучком быстрых атомов. При этом коэффициент усиления в плазме Q ~ 1 может достигаться при температуре электронов около 100 кэВ и энергии инжектируемых дейтронов около 2 МэВ.
Проведены экспериментальные и теоретические исследования по инициированию и анализу устойчивости движения электрической дуги в каналах переменного поперечного сечения (плоских и осесимметричных) с металлическими и графитовыми электродами. Изучены возможности стабилизации движения дуг при наложении внешнего магнитного поля. Показано, что специальный выбор витков подмагничивания канала позволяет cтабилизировать движение направленно перемещающейся дуги и даёт возможность увеличить скорость её перемещения. Более существенно повысить скорость плазменного сгустка можно, используя в конструкции генератора элементы канала капиллярного разряда, стабилизируемого магнитным полем токов, протекающих по аноду.
В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований по генерации и свойствам одиночной и множественных плазменных струй, сформированных диэлектрическим барьерным разрядом в потоке атмосферного воздуха. Показано, что применение плазменных струй весьма эффективно для повышения смачиваемости поверхности полиэтиленовых труб и улучшения их адгезионных свойств по отношению к пенополиуретану, широко используемому для теплоизоляции труб, применяемых в жилищно-коммунальном хозяйстве, нефтегазовой промышленности и т. п. Плазменные струи в потоке воздуха представляют большой практический интерес, поскольку замена дорогостоящего инертного плазмообразующего газа на окружающий воздух кардинально упрощает и удешевляет плазменную технологию модификации полимерных поверхностей и открывает возможность ее широкого внедрения в практику.
Методами растровой электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии исследована микроструктура и фазовый состав (Zr, N)-конденсата, осажденного вблизи циркониевого катода. Обнаружено присутствие макрочастиц как результат конденсации капельной фракции ионно-плазменного потока. Их число увеличивается в направлении распространения плазменного потока. Форма частиц изменяется от сферы до диска с периферическим кольцевым валиком. Рентгенографические исследования показали присутствие кристаллографических фаз α-циркония и нитрида циркония. Их преимущественная ориентация роста определяется давлением реакционного газа и местом конденсации в вакуумной камере. Предложены возможные механизмы формирования микроструктуры и фазового состава.
На стеллараторе Л-2М при увеличении мощности ЭЦР-нагрева плазмы исследована динамика формы спектров мягкого рентгеновского излучения (SXR-спектров), температуры тепловой части SXR-спектров и экспериментально определенного энергетического времени жизни плазмы. Измерены зависимости температур тепловой и надтепловой частей спектров от мощности нагрева и плотности плазмы при увеличении удельной мощности нагрева 3,0 МВт/м3. Установлено, что при увеличении удельной мощности ЭЦР-нагрева до 3,0 МВ/м3 на стеллараторе Л-2М не происходит заметного ухудшения удержания плазмы.