Том 50, № 6 (2024)

Собран и испытан макет системы дистанционного мониторинга накопления изотопов водорода в стенках токамака Глобус-М2. Измерения проводились при помощи лазерной диагностики LIA-QMS (лазерно-индуцированная абляция с регистрацией методом квадрупольной масс-спектрометрии). Получены данные о содержании изотопов водорода в осаждениях, полученных путем экспозиции вольфрамовых коллекторов в объеме токамака Глобус-М. После апробации в лабораторных условиях диагностика реализована на установке Глобус-М2. Проведены in-situ измерения содержания изотопов водорода в графитовой облицовке дивертора токамака. Подтверждена возможность совмещения диагностики LIA-QMS с диагностикой LIBS (лазерно-индуцированная эмиссионная спектроскопия) для получения информации о составе аблируемого материала. Кроме того, методом LIBS получено изотопное соотношение дейтерий/протий при измерениях в установке Глобус-М2.

В кинетическом приближении получено выражение для квадратичной компоненты нелинейной плотности заряда, которая используется при описании параметрического распада СВЧ-волны обыкновенной поляризации с частотой, соответствующей второй гармонике электронного циклотронного резонанса. В результате распада возбуждаются верхнегибридная и обыкновенная волны.

Создан и опробован метод определения абсолютного значения концентрации плазмы в источниках, создающих плазму электронным пучком в сильном магнитном поле. Представлены результаты измерений концентрации плазмы в источнике трубчатой плазмы, используемом в исследованиях по плазменной релятивистской СВЧ-электронике. Показано, что в момент включения плазменного мазера, концентрация плазмы составляла величины (3 ± 0.3) × 1012 см–3 для тока разряда в источнике 5 А, (5.5 ± 0.6) × 1012 см–3 для тока разряда 9 А и (9.5 ± 1) × 1012 см–3 для тока разряда 20 А. Сравнение с проведенными ранее зондовыми измерениями, а также с численными расчетами, сделанными с помощью кода КАРАТ, показало хорошее согласие результатов СВЧ-измерений с численными расчетами, при этом погрешность измерений не превышала 15%. Зондовые измерения дают значительно большее отклонение от результатов СВЧ-измерений, что связанно с наличием сильного магнитного поля в плазменном источнике.

Представлены результаты работ по созданию мощного источника мягкого рентгеновского излучения (МРИ, ℎν > 100 эВ) на основе Z-пинча компактных вложенных сборок. Одно из применений такого источника излучения возможно для радиационной абляции мишеней из различных веществ в экспериментах по физике высокой плотности энергии и экстремального состояния вещества, активно проводимых в настоящее время в мире. На мощной электрофизической установке Ангара-5-1 при уровне разрядного тока до 3.5 МА проведены эксперименты по сжатию плазмы двухкаскадных вложенных сборок смешанного состава с различным отношением радиусов каскадов. Внешний каскад состоял из волокон вещества с малым атомным номером (полипропилен), внутренний каскад — из вещества с высоким атомным номером (вольфрам). Было показано, что в случае вложенных сборок данной конструкции возможно получить существенное (в ∼1.4 раз) повышение пиковой мощности МРИ по сравнению с одиночными W-сборками с теми же параметрами, что и у W-сборки во внутреннем каскаде. При этом спектральные данные, полученные при помощи спектрографа скользящего падения с «плоским полем», демонстрируют существенное уменьшение доли ионов вольфрама в отставшей плазме вокруг пинча вложенных сборок. Путем оптимизации линейной массы внешнего каскада и его радиуса получены мощные и короткие импульсы МРИ амплитудой ∼10 ТВт, энергией ∼130 кДж и длительностью ∼ 4–5 нс. Это позволило увеличить падающую плотность мощности и флюенс на мишень вплоть до 1.55 ТВт/см2 и 17 кДж/см2, соответственно, в экспериментах по экстремальному состоянию вещества, проводимых в настоящее время на установке.

Развита теория крупномасштабных течений во вращающейся астрофизической плазме в условиях нетривиальных свойств физической среды, которые не описываются классической гидродинамической теорией плазмы. В качестве первого шага теория развивается в рамках модели нейтральной жидкости для описания астрофизической плазмы, имея в виду последующее обобщение для учета магнитных эффектов. Такая модель имеет самостоятельное значение для изучения турбулентного динамо в областях звездообразования в галактиках, для изучения гидродинамических неустойчивостей в низкоионизованных дисках (poorly ionized), для описания меридиональных течений ниже конвективных зон в маломассивных звездах и на Солнце, а также для изучения осцилляций Солнца и звезд. Поэтому полученные результаты имеют более широкое приложение, например, для описания геофизических течений. Построение теории основано на двух ключевых идеях, развитых в плазменной астрофизике: использование модели мелкой воды с крупномасштабной сжимаемостью и использование модели двуслойной мелкой воды. В работе выведены уравнения двуслойной мелкой воды с учетом вращения и влияния сферичности течения на вращение, в которых в верхнем слое учитываются эффекты крупномасштабной сжимаемости. Для вращающейся системы получены дисперсионные соотношения для волн Пуанкаре в двуслойной мелкой воде с учетом крупномасштабной сжимаемости, при учете влияния сферичности на вращение в высокочастотном пределе получены аналогичные дисперсионные соотношения для волн Пуанкаре, в низкочастотном пределе получено дисперсионное соотношение для волн Россби. Показано, что дисперсионные соотношения для волн Пуанкаре с учетом сферичности течения имеют качественно иной вид, что приводит к трехволновым взаимодействиям волн Пуанкаре и взаимодействию двух волн Пуанкаре с волной Россби, которых не наблюдается в однослойном течении сжимаемой жидкости. Методом многомасштабных разложений исследованы все типы трехволновых взаимодействий для рассматриваемых течений.

Изучается динамика излучения вакуумной искры с пиковым током ∼50 кА в диапазоне длин волн λ = 5–40 нм. Регистрация излучения проводилась с помощью детекторов на микроканальных пластинах с кадровым временным разрешением 20 нс. Благодаря примененной методике одновременной регистрации пространственного распределения и спектрограмм излучения плазмы, выделены характерные стадии развития разряда. На начальном этапе развития разряда (200–300 нс) в регистрируемом диапазоне длин волн наблюдается интенсивное излучение многозарядных ионов железа FeV–FeVIII, которое затем (300–400 нс) исчезает и возобновляется после 400 нс. Обсуждается возможная роль возникновения убегающих электронов в этом явлении. Обнаруженный режим разряда может быть использован при разработке источников излучения в экстремальном ультрафиолете.