Том 50, № 3 (2024)

Представлены результаты экспериментов на токамаке Т-10 с использованием литиевых капиллярно-пористых структур. Показано, что напыление лития в условиях графитовых диафрагм, позволяет значительно снизить рециклинг дейтерия и уровень примесей в плазме. При этом рециклинг значительно растет через 5 разрядов после начала экспериментального дня, а эффект снижения уровня примеси сохраняется в течение 150—300 разрядов. Приведены результаты использования капиллярно-пористой структуры с литиевым наполнением в качестве подвижной рельсовой диафрагмы в конфигурации Т-10 с вольфрамовыми основными диафрагмами. Введение литиевой диафрагмы в область SOL позволяет снизить рециклинг и получить разряды с эффективным зарядом плазмы, приближающимся к единице. При этом эффект увеличивается по мере накопления распыленного в камере лития. Экспериментально показано, что капиллярно-пористая структура с литиевым наполнением может быть использована как основная диафрагма при продольных тепловых потоках плазмы до 3.6 МВт/м². Однако необходимым условием является полная пропитка пористой структуры литием и предотвращение выдавливания лития в разряд в результате взаимодействия протекающего на диафрагму тока с тороидальным магнитным полем. Эксперименты показали, что для получения разрядов с малой примесью лития, необходим сильный газонапуск дейтерия или примеси для снижения температуры периферии плазмы и эффективное охлаждение диафрагмы ниже 450 °C. В противном случае диафрагма переходит в режим сильного испарения с большими потоками лития, которые приводят к значительному росту концентрации лития в плазме. Сильное испарение снижает приток тепла и стабилизирует температуру диафрагмы.

Транспортная модель канонических профилей, коэффициенты которой определены по базе данных токамака Т-10 со стандартным магнитным полем B_T = 2.3—2.5 Tл, показала свою работоспособность в омических режимах с пониженным магнитным полем B_T = 1.55—2.1 Тл. С ее помощью составлен прогноз для радиальных профилей и зависимостей электронной и ионной температур и времени удержания от средней плотности плазмы для омического режима токамака Т-15МД с B_T = 1.0—2.0 Тл на начальной стадии его работы в круглой лимитерной конфигурации с током плазмы I_p < 1 MA.

Сообщается об энергосодержании 10 Дж в области частот (0.2—0.3) ТГц при микросекундной длительности импульса, которое достигнуто в направленном потоке электромагнитного излучения, генерируемом в пучково-плазменной системе. Генерация потока осуществляется при накачке релятивистским электронным пучком (РЭП) электронных плазменных волн в замагниченном плазменном столбе. В описываемых экспериментах на установке ГОЛ-ПЭТ этот принципиально новый метод генерации терагерцового излучения реализован в условиях варьирования плотности тока пучка (1—2) кА/см² и плотности плазмы (10¹⁴—10¹⁵) см⁻³. Сопоставлением измеренного в эксперименте распределения спектральной плотности потока излучения в частотном интервале от 0.15 до 0.45 ТГц с расчётным спектром излучения в рамках предложенной ранее модели генерации в пучково-плазменной системе продемонстрировано, что этот процесс реализуется через резонансную накачку пучком ветви именно верхнегибридных плазменных волн. Освоение этого нового метода генерации терагерцового излучения открывает перспективу продвижения возможности получения мультимегаваттных потоков излучения в области частот до одного терагерца и выше. На этом пути наиболее перспективным пучком для накачки плазменных колебаний представляется килоамперный РЭП, генерируемый в линейном индукционном ускорителе.

Представлены результаты экспериментов по осаждению на силикатных стеклах тонких пленок тугоплавких металлов: молибдена, тантала и вольфрама. Использовался метод получения пленок, основанный на осаждении металлосодержащей плазмы, образующейся при воздействии на поверхность фольги из тугоплавких металлов мощных плазменных и ионных импульсов. В качестве генератора таких импульсов была использована установка типа плазменный фокус, позволяющая получать ионные пучки и плазменные потоки с плотностью потока энергии в диапазоне 10¹⁰−10¹² Вт/см². С помощью металлических диафрагм с диаметром отверстий: 2.5, 3.5 и 4.5 мм выделялась наиболее интенсивная центральная часть ионно-плазменного потока. Получены пленки металлов: Мо, Та и W размерами ∅ 3–5 мм на поверхности стекол. Металлические пленки характеризуются хорошей адгезией, так как сплавляются с поверхностью стекла. Обнаружено нарушение планарности пленок из-за ухода расплавленных частиц металла под поверхность стекла. Пленки имеют неоднородный рельеф, что объясняется наличием металлических частиц микронных размеров в потоке плазмы.

Астрофизические джеты — это коллимированные потоки плазмы, наблюдаемые в различных астрофизических условиях, охватывающих семь порядков пространственного масштаба и двадцать порядков мощности, которые тем не менее имеют много общих черт. Это сходство в широком диапазоне масштабов указывает на единый физический механизм, лежащий в основе этого явления, что обуславливает значительный интерес к наблюдательным, теоретическим и численным исследованиям этого явления. Лабораторные астрофизические эксперименты по моделированию астрофизических джетов основаны на этом общем физическом механизме, ответственном за многомасштабное сходство плазменных потоков, остающееся действительным вплоть до лабораторных пространственных масштабов в миллиметры. Плазменные потоки, образовавшиеся после развала нецилиндрического z-пинча, сформированного в установке плазменного фокуса, недавно стали предметом экспериментальных исследований. Они обеспечивают важное дополнение к основным направлениям исследований по двум причинам. Во-первых, устраняется многогранная роль гравитации, излучения, ядерных реакций и связанной с ними астрофизики, сохраняя в качестве общей характеристики только быструю имплозию компактного плазменного объекта в магнитогидродинамической среде. Во-вторых, наблюдения могут быть проведены с использованием методов лабораторной диагностики плазмы. В этой статье мы сообщаем о предварительных результатах исследований полоидального магнитного потока, связанного со струями, существующего длительное время после развала пинча. Это важно в контексте неопределенности относительно происхождения полоидального магнитного поля, постулируемого в нескольких МГД-моделях астрофизических струйных явлений. Свидетельства, указывающие на наличие радиальной составляющей электрического поля, также предполагают существование вращения плазмы. Эти результаты позволяют рассчитывать, что дальнейшие эксперименты могут дать представление о процессах в астрофизических джетах, недоступных для исследований с помощью методов наблюдательной астрономии.

Исследуется излучение сигнала плазменной несимметричной вибраторной антенны при двух способах ее возбуждения. Ранее было показано, что вторая и третья гармоника частоты входного сигнала в спектре излучения плазменной антенны на 10–20 дБ выше, чем для металлической антенны той же геометрии. Экспериментально и с помощью компьютерного моделирования исследуется влияние особенностей способа возбуждения плазменной несимметричной вибраторной антенны на спектральные характеристики излучаемого ею сигнала. Для двух способов возбуждения плазменной несимметричной вибраторной антенны – через электрод и через коаксиальный соединитель – показано отличие в величине составляющих на частоте излучаемого сигнала и кратных гармоник. Введение коаксиального соединителя в схему возбуждения плазменной антенны позволило улучшить согласование на частоте входного сигнала и снизить величину составляющих на второй и третьей гармониках. Для плазменной антенны с коаксиальным соединителем удалось добиться увеличения разницы между первой и второй гармониками почти на 6 дБ, а между первой и третьей – почти на 20 дБ по сравнению со схемой возбуждения через электрод.

Представлена численная модель главной стадии разряда молнии. В рамках данной модели эволюция параметров токового канала при обратном ударе (главной стадии разряда молнии) описывается системой уравнений сохранения массы, импульса, полной энергии, а также уравнений длинной линии для определения электрического потенциала и полного тока в каждом сечении канала. Численно продемонстрированы основные черты разряда молнии на стадии обратного удара, регистрируемые экспериментально: нагрев газа в канале до температур 10–40 кК; принципиальная возможность распространения волны градиента потенциала со скоростями от сотых до десятых долей скорости света, а также возможность распространения волны обратного удара без существенного затухания на достаточно большие расстояния. На основании представленных результатов по моделированию разрядов молнии различной интенсивности можно заключить, что разработанная физическая и численная модель разряда молнии качественно правильно описывает совокупность физических процессов, имеющих место в реальных условиях.