Эффективность транспортировки и концентрации энергии на излучающую имплодирующую нагрузку на мегаамперной установке "С-300" тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Цай Хунчунь

Эффективность транспортировки и концентрации энергии на излучающую имплодирующую нагрузку на мегаамперной установке "С-300 "

Специальность 01.04.08— физика плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2004

Работа выполнена в Институте ядерного синтеза Российского научного центра "Курчатовский институт" и Московском инженерно-физическом институте (государственном университете).

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук А.С Черненко

кандидат физико-математических наук профессор И. К. Фетисов

Официальные оппоненты: доктор * "Р&КНК^&С^и^С наук

профессор В.А.Храбров

кандидат физико-математических наук Г.С. Волков

Ведущая организация: Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Защита состоится "25"ноября 2004г. в 14 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д212.130.05 в Московском государственном инженерно-физическом институте по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, Д.31, тел. 323-91-67.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Автореферат

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Ученый секретарь Диссертационного совета

И.В Евсеев

Подписано в печать Печ.л.

Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз. Заказ

Типография МИФИ. 115409, Москва, Каширское ш., 31

2005-^

24Ш Обшая характеристика работы

Диссертационная работа посвящена изучению временной зависимости спектра мягкого рентгеновского излучения при имплозии многопроволочных сборок-лайнеров из различных материалов под действием магнитного поля тока, протекающего через лайнер, на установке "С-ЗОО" в РНЦ "Курчатовский институт". Так как для понимания физики сжатия (имплозии) лайнеров и быстрых 2-пинчей с временами развития процесса менее 10-7 с и определения радиационных потерь необходима информация о динамике спектра излучения плазмы в процессе имплозии лайнера.

Также в работе исследуется эффективность транспортировки электромагнитной энергии в трёхмерном вакуумном концентраторе энергии установки "С-ЗОО", выполненном на основе линий с магнитной самоизоляцией.

Актуальность темы Исследованиями имплозии многопроволочных сборок и конверсии их энергии в поток рентгеновского излучения с временами развития процесса ~10-7 с занимаются крупнейшие лаборатории и институты во многих странах. Таких как: Sandia National Laboratories (США), Naval Research Laboratory (США), ТРИНИТИ (Россия), РНЦ "Курчатовский институт" (Россия), Институт Сильноточной Электроники (Россия), Imperial College (Англия), Ecole Polytechnique (Франция) и многие другие.

Актуальность исследований определяется применением этих работ в области управляемого инерциального термоядерного синтеза (УТС), созданием мощных источников рентгеновского и нейтронного излучения, исследованием экстремального состояния вещества, получением сверхсильных импульсных магнитных полей и т.д. В 1997 году на установке Z (Sandia National Laboratories) с током 20 MA при обжатии двойного (вложенного) многопроволочного вольфрамового лайнера был получен импульс рентгеновского излучения с полной энергией 1,8 МДж и мощностью 200 ТВт. В этой работе было обнаружено, что полная энергия излучения превышает кинетическую энергию

3 РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ i БИБЛИОТЕКА I

¿гярм

движущегося лайнера, и это явление до сих пор не нашло физического объяснения.

Регулярные исследования физики сжатия многопроволочных лайнеров уже более 10 лет проводятся на установке "Ангара-5" (ТРИНИТИ, Россия) на уровне тока ~ 4 МА. В течении экспериментального изучения динамики сжатия многопроволочных сборок были обнаружены явления "холодного старта", т.е. образования плазмы вокруг холодного керна отдельных проволочек, снос этой плазмы под действием магнитного поля на ось сборки. Это явление было названо авторами радиальным плазменным ливнем. Получена оценка скорости плазмообразования и показано, что многопроволочные лайнеры характеризуются затянутым временем плазмообразования, которое может продолжаться в течение почти всего импульса (107 с) тока. Образующаяся относительно горячая и неплотная плазма сносится силой Ампера к оси установки, формируя поток плазмы в радиальном направлении, в то время как остов лайнера, по которому протекает малая часть тока, почти стоит на месте. Такой процесс может проводить к формированию достаточно толстой плазменной оболочки, пронизанной током и магнитным полем, с толщиной много большей толщины скин-слоя. Это проводит к существенно большей устойчивости сжатия такого плазменного образования по сравнению с плазменными лайнерами с толщиной протекания тока порядка скин-слоя, из-за более быстрого развития неустойчивости Релея-Тейлора в тонких оболочках. В этих экспериментах было обнаружено, что максимум импульса рентгеновского излучения не совпадает со временем максимального сжатия плазмы на оси, что также пока Не нашло физического объяснения.

Экспериментальные исследование многопроволочных лайнеров из проволочек различного материала, а также их комбинации проводилось на установке MAGPAI в Imperial College (Англия). В этих экспериментах было показано, что материал проволочек лайнеров существенно влияет на динамику развития неустойчивостей и имплозию лайнера.

Успех экспериментальной лайнерной программы в США и России

убедил ученых в правильности подхода к решению проблемы инерциального УТС с помощью сильноточных генераторов. Важно, что результаты на различных установках соответствовали зависимости выхода энергии рентгеновского излучения от тока протекающего по лайнеру, согласно которой, при токе 50 МА ожидаемый уровень энергии излучения должен превысить 10 МДж, что должно обеспечить поджиг термоядерной мишени с коэффициентом усиления много больше 1. В США ведется модернизация установки Ъ с целью увеличения тока до 25-30 МА и обсуждается вопрос о создании установки с током более 50 МА.

В России ведутся исследовательские работы по возможности создания в ТРИНИТИ установки "Байкал" (на базе уникального индуктивного накопителя с энергозапасом 900 МДж) с длительностью импульса 100-200нс и током ~50 МА.

При создании мощных сильноточных генераторов такого типа одним из важных элементов установки является система, позволяющая свести энергию ускорителя на нагрузку сантиметрового размера. В настоящее время для этой цели используются вакуумные концентраторы энергии, выполненные на основе линий с магнитной самоизоляцией.

Линия с магнитной самоизоляцией, работающие в таких генераторах при напряжении более 1 МВ и токе порядка 1 МА, позволяют замагнитить поток электронов, появляющихся в вакуумном зазоре линии, за счет собственного магнитного поля протекающего по линии тока. Этот принцип позволяет сушественно уменьшить вакуумный зазор линии и тем самым уменьшить индуктивность линии, что очень, важно для получения тока на нагрузке несколько десятков мегаампер при создании концентраторов энергии сильноточных ускорителей. В настоящее время поток плотности энергии, который можно транспортировать по вакуумным линиям с магнитной самоизоляцией, достигает что превышает плотность мощности

которую можно передать по диэлектрическим линиям.

Целью данной диссертации является:

1. Экспериментальное исследование временной зависимости спектра мягкого

рентгеновского излучения одиночных многопроволочных лайнеров из однородных проволочек, диаметром несколько микрон, и одиночных многопроволочных лайнеров состоящих из комбинации проволочек различного материала.

2. Экспериментальное исследование динамики спектра двойных (каскадных)

лайнеров, когда материал проволочек внешнего лайнера отличается от материала проволочек внутреннего лайнера.

3. Измерение полной мощности и энергии излучения в области рентгеновского

спектра от 50 до 600 эВ, мощности и энергии излучения в 10 отдельно выделенных областей рентгеновского спектра этого диапазона.

4. Определение эффективности транспортировки энергии по линиям с

магнитной самоизоляцией в вакуумном концентраторе энергии установки "С-300" по тормозному рентгеновскому излучению электронов утечки в вакуумных линиях.

5. Прямое измерение тока электронов утечки в мишенном узле на выходе

вакуумного концентратора энергии с помощью цилиндров Фарадея.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Определена временная зависимость спектра мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергии квантов 50-600 эВ при сжатии одиночных вольфрамовых, алюминиевых и комбинированных многопроволочных сборок под действием тока 2-3 МА на установке "С-300".

2. Получены сравнительные характеристики мощности и энергии излучения для одиночных и двойных лайнеров из различных материалов в 10 выделенных диапазонах мягкого рентгеновского спектра (50-600эВ).

3 Показано, что в момент максимального рентгеновского излучения при сжатии многопроволочного лайнера максимум спектра излучения приблизительно описывается излучением в модели «черного тела» с температурой 40-50 эВ.

4. Сравнение результатов измерений размеров излучающей плазмы выполненных с помощью трёхдырочной камеры-обскуры, оценкой площади излучающей плазмы в рамках модели черного тела и измеренного спектра излучения позволяют сделать вывод, что основная часть энергии мягкого рентгеновского излучения возникает в плазме, окружающей пинч.

5. Спектр излучения двойного лайнера в случае, когда материалы внешнего лайнера диаметром 12 мм, внутреннего лайнера диаметром 4 мм различны, совпадает со спектром излучения одиночного лайнера из материала внешнего двойного лайнера. Таким образом, можно предположить, что плазма внешнего лайнера проходит через внутренний почти неподвижный лайнер и производит большую часть рентгеновского излучения на оси.

6. Оценка тока потерь в вакуумном концентраторе энергии, сделанная с помощью измерения тормозного рентгеновского излучения электронов утечки, показала, что потери тока утечки в максимуме амплитуды не превышают 5%.

7. Потери энергии в мишенном узле на выходе вакуумного концентратора энергии малы и по порядку величины составляют 0,1%, согласно проведенным измерением токов утечки с помощью цилиндров Фарадея, установленных в мишенном узле.

Новизна работы

1. Впервые измерена динамика мягкого рентгеновского излучения для смешанных (комбинированных) одиночных лайнеров и проведены сравнительные характеристики с. другими типами лайнеров.

2. Впервые проведен анализ результатов полученных из измерения спектра излучения и оценкой площади излучателя в рамках модели черного тела.

3 Впервые обнаружено, что в случае двойного многопроволочной сборки с диаметром внешнего лайнера 12 мм и внутреннего 4 мм, спектр излучения двойного лайнера совпадает со спектром одиночного лайнера из материала внешней сборки двойного лайнера

4 Впервые измерены потери энергии в вакуумном концентраторе энергии на установке "С-ЗОО" по выходу тормозного рентгеновского излучения электронов утечки.

8. Впервые проведены прямые измерения тока утечки в мишенном узле вакуумного концентратора энергии установки "С-ЗОО".

Научная и практическая ценность работы состоит в следующем:

Полученные в работе результаты имеют большое значение для понимания физических процессов динамики сжатия многопроволочных лайнеров. Они могут быть использованы при создании аналитического и численного моделирования динамики сжатия лайнера. Вывод, что основная часть энергии рентгеновского излучения возникает из области менее плотной плазмы (по сравнению с плотностью сжатого пинча), окружающей пинч, обнаруженный в работе говорит, что измерение распределения плотности и температуры Ъ-пинча в момент сжатия, является очень важной задачей экспериментального исследования.

Экспериментальные . результаты по измерению потерь в передающих линиях концентратора энергии могут помочь при создании концентраторов следующего поколения и теоретических моделей, описывающих сложную геометрию вакуумных переходов в системах транспортировки и концентрации энергии.

Апробация результатов работы.

Основные материалы диссертации опубликованы в печати в виде 4 статей и 3 докладов Они излагались на следующих международных и всероссийских конференциях: IV—Российского семинара «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды », Москва, 2003 г.; XIX Международная конференция «Уравнения состояния вещества», Россия, Нальчик, -2004 г.; 21-й Симпозиум по Технологии и Физике Плазмы, Чехия, Прага, 2004 г; 15-й Международной конференции по мощным пучкам частиц, Россия, Санкт-Петербург, 2004г.

Объём работы

Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения и списка литературы. Объём диссертации составляет 113 страниц, в т. ч. 46 рисунок, 3 таблиц, 106 наименований в списке литературы.

Содержание диссертации.

Во введении даётся общая характеристика работы, обосновывается актуальность темы диссертации, определяются основные цели данной работы.

В главе 1 представлен обзор современного состояния экспериментальных и теоретических исследований в области динамики сжатия многопроволочных лайнеров, обсуждаются физические проблемы, возникшие на сегодняшнем этапе исследований. Отмечены экспериментальные достижения, полученные на установках "2", "Ангара-5", "С-300", "МЛОРЛ1" и других. Для решения проблемы управляемого термоядерного синтеза требуется создавать сильноточные генераторы нового поколения с током более 50 МА. Важным элементом таких машин является вакуумный концентратор энергии для транспортировки электромагнитной энергии генератора на лайнерную нагрузку. В современных концентраторах энергии используются низко-индуктивные вакуумные линии с магнитной самоизоляцией. Приводится обзор теоретических

и экспериментальных работ по линиям с магнитной изоляцией и современных конструкций концентраторов энергии.

Глава 2 содержит описание экспериментальной установки и применяемые методики проведения экспериментов.

Установка С-ЗОО является мощным 8-ми модульным импульсным генератором, позволяющим развивать на физических нагрузках ток до 4 МА с фронтом нарастания ~ 100 нс и энергией ~ 100 кЦж при напряжении 700 кВ. Каждый модуль состоит из генератора импульсного напряжения (ГИН), водяной накопительной емкости - промежуточного накопителя (ПН) как первой ступени обострения импульса, водяной формирующей линии, водяных передающих линий. Энергия с 32 передающих линий поступает в общую вакуумную камеру, внутри которой находится вакуумный концентратор энергии. ГИН, собранный по схеме Аркадьевой - Маркса находится в объеме трансформаторного масла, имеет 20 ступеней и коммутируется газовыми разрядниками с «искажением поля». ПН служат для быстрой зарядки формирующих линий. Время зарядки формирующих линий 130-150 нс. Коммутация ПН производится четырехкаскадными газовыми разрядниками, одновременное срабатывание которых обеспечивает синхронную работу всех восьми модулей. Формирующая система, состоящая из 8 формирующих линий, собрана в одном баке, заполняемом обезгаженной деионизованной водой. Выходной электрический импульс формируется с помощью водяных коммутаторов, работающих в режиме самопробоя. Сформированный импульс по системе 32 водяных транспортирующих линий поступает через высоковольтный изолятор (ускорительную трубку) к вакуумному концентратору энергии. Концентратор энергии представляет собой систему радиально сходящихся плоских линий, работающих в режиме магнитной самоизоляции. Ток от отдельных модулей по линиям с магнитной самоизоляцией подводились к общему дисковому мишенному узлу, в центре которого помещалась нагрузка. Индуктивность концентратора с ускорительной трубкой составляла ~7 нГн.

10

Суммарный ток модулей может достигать 4 МА на низкоиндуктивную нагрузку Так как ток зависит от начальной индуктивности и массы лайнера, то в данных экспериментах ток составляет 2 - 3 МА с фронтом нарастания тока - 100 не. Напряжение на мишенном узле регистрировалось с помощью омического делителя напряжения. Ток в мишенном узле измерялся путем интегрирования сигналов 8 магнитных петель, включенных параллельно и расположенных на диаметре 11,6 см вокруг оси лайнера.

Измерения динамики спектра мягкого рентгеновского проводились с помощью десятиканального спектрометра - полихроматора АПХ10. Прибор АПХ10 предназначен для динамических измерений мягкого рентгеновского излучения в энергетическом диапазоне 50-1500 эВ с временным разрешением 2-5 нс. Спектрометр АПХ10 разработан на основе многослойных интерференционных зеркал (МИЗ) и быстродействующих рентгеновских полупроводниковых детекторов (РППД) в сочетании с рентгеновскими краевыми фильтрами. Прибор позволял не только проводить спектрально-временной анализ и измерять мощность и энергию излучения плазмы в каждом из десяти выделенном диапазоне спектра, но и полную энергию и мощность рентгеновского излучения плазмы сжимающегося лайнера путем интегрирования спектра по энергии и по времени.

Глава 3 посвящена исследованию динамики энергетического спектра мягкого рентгеновского излучения плазмы при сжатии многопроволочных лайнеров. Спектральные измерения мягкого рентгеновского излучения во времени являются одной из основных методик измерений параметров высокотемпературной плазмы. Наибольшую трудность представляют измерения спектра излучения в диапазоне энергии Ьу 1 кэВ, где, как правило, сосредоточены основные радиационные потери плазмы. В данной главе приведены результаты по изучению динамики имплозии многопроволочных сборок на установке С-300 с помощью многоканального спектрометра АПХ10.

При исследовании имплозии одиночных многопроволочных сборок в качестве нагрузки использовались многопроволочные лайнеры из различных материалов с одной и той же геометрией: диаметр 12 мм, высота 10 мм. Лайнерные сборки состояли из алюминиевых или вольфрамовых проволочек или из их комбинации. Алюминиевые проволочки имели диаметр 18 или 15 мкм, а вольфрамовые S или 6 мкм. Количество проволочек в сборках варьировалось: для алюминиевых лайнеров -48, 60, 80; для вольфрамовых -, 48, 80, 108; и смешанных алюминиево-вольфрамоеых проволочек (которые чередовались через одну) -12A1+12W, 24A1+24W, 30A1+30W. Соответственно массы сборок были равны: для А1- 336 мкг, 420 мкг и 500 мкг, для W -264 мкг, 370 мкг, 420 мкг, и 500 мкг, для смешанных 250 мкг, 300 мкг, и 375 мкг.

Сравнительные характеристики мощности и энергии излучения для различных одиночных лайнеров и измерения изображения плазмы в различных диапазонах спектра, выполненные с помощью камеры обскура показали, что наиболее однородное сжатие и максимальная мощность и энергия излучения получается при имплозии вольфрамовых лайнеров по сравнению с алюминиевыми сборками. Смешанные сборки занимают промежуточное положение по устойчивости сжатия и выходу рентгеновского излучения в измеряемом диапазоне спектра. Показано, что в момент достижения максимальной мощности рентгеновского излучения при сжатии многопроволочного лайнера максимум спектра излучения приблизительно описывается чернотельным излучением с температурой 40-*-50эВ.

Сравнение результатов измерений размеров излучающей плазмы выполненных с помощью трёхдырочной камеры-обскуры, оценкой площади излучающей плазмы в рамках модели черного тела и измеренного спектра излучения позволяют сделать вывод, что основная часть энергии рентгеновского излучения возникает в плазме, окружающей сжатый пинч.

Наряду с одиночными сборками, в работе также проведены результаты по исследованию двойных (вложенных) лайнеров.

Спектр излучения двойного лайнера в случае, когда материалы внешнего

лайнера диаметром 12 мм, внутреннего лайнера диаметром 4 мм совпадает со спектром излучения одиночного лайнера из материала внешнего двойного лайнера. Таким образом, можно предположить, что плазма внешнего лайнера проходит через внутренний почти неподвижный лайнер и производит большую часть рентгеновского излучения на оси. Эти выводы были подтверждены измерениями рентгеновского спектра излучения, сделанными с помощью кристаллического слюдяного рентгеновского спектрографа с одномерным пространственным разрешением в диапазоне энергий квантов 1-10 кэВ и фотографированием в видимой области спектра с использованием щелевой развертки, позволяющей вести наблюдение за плазмой в радиальном направлении со щелью, ориентированной перпендикулярно оси лайнера (вырезалась область лайнера, находящаяся на расстоянии 5 мм от обеих поверхностей анода и катода).

Совершенно другая картина наблюдалась при расположении внутреннего лайнера на диаметре 6 мм. Яркость спектра материала внешнего лайнера резко уменьшалась, и появлялись линии обусловленные материалом внутреннего лайнера.

Глава 4 посвящена измерению эффективности транспортировки энергии в вакуумном концентраторе энергии установки «С-ЗОО» от передающих водяных линий к лайнерной нагрузке. Трехмерный вакуумный концентратор энергии имеет сложную геометрию. Так как каждая формирующая линия работает на 4 передающих водяных линий и те в свою очередь через диэлектрический раздел "вода-вакуум" соединяются с 4 вакуумными транспортирующими линиями с магнитной самоизоляцией. Этот трехмерный переход (конволюция) имеет сложную закрытую геометрию и измерение тока на входе 32 отдельных линий с магнитной самоизоляцией представляет определенную трудность. Кроме того, включение линий с магнитной самоизоляцией может происходить в разные моменты времени после срабатывания водяных коммутаторов, работающих в режиме самопробоя.

Поэтому точное измерение входного тока может быть сделано, только при измерении входного тока на каждой из 32 линий и затем просуммирован—это задача, требующая уникальных конструктивных решений и измерений.

В данной работе предложено оценить потери тока по тормозному излучению электронов пересекающих межэлектродный зазор и попадающих на анодную часть вакуумных линий. Из-за сложности трёхмерной геометрии концентратора, точные измерения тока утечек по тормозному излучению провести трудно в модели толстой мишени. Тормозное излучение регистрировалось с помощью полупроводниковых детекторов СППД2, экранированных различными фильтрами. Временное разрешение детекторов составляло 8 нс. Для того чтобы исключить влияние излучения лайнера на результаты измерений мишенный узел экранировался свинцовой пластиной толщиной 8 мм.

Оценки тока утечек, сделанные в различных моделях по выходу тормозного излучения, показали, что максимальный ток утечек в экспериментах с лайнерной нагрузкой достигает 40-60 кА в момент максимального сжатия лайнера. Также наблюдался импульс тормозного излучения на фронте тока, который был на порядок величины меньше импульса в момент сжатия. При этом в максимуме тока через нагрузку утечки не превышают 1% полного тока.

В эксперименте с низкоиндуктивной нагрузкой, когда вместо лайнера ставился металлический цилиндр в несколько раз большего диаметра, чем диаметр лайнера, потери тока были на два порядка величины меньше чем в случае лайнерной нагрузки.

Кроме потерь в вакуумных линиях концентратора исследовались потери в мишенном узле на выходе концентратора. В мишенном узле происходит переход от плоских вертикальных линий к горизонтальной дисковой линии. В местах перехода всегда появляются области с нулевым магнитным полем, что может приводить к потерям в этих местах. Для определения потерь проводилось прямое измерение тока электронов на анодной стороне мишенного узла с помощью двух цилиндров Фарадея, которые экранировались

алюминиевой фольгой толщиной 10 мкм.

Измерения показали, что ток утечки составляет 1-2 кА, в предположении равномерного распределения электронного тока утечки по всему объему мишенного узла. Из измерений следует, что потерями в мишенном узле можно пренебречь.

В заключении приводятся основные результаты и выводы диссертации.

1. Определена временная зависимость спектра мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергии квантов 50-600 эВ при сжатии одиночных вольфрамовых, алюминиевых и комбинированных многопроволочных сборок под действием тока 2-3 МА на установке "С-300". Наиболее однородное сжатие по сравнению с алюминиевыми и комбинированными лайнерами было получено в экспериментах с лайнером из вольфрамовых проволочек. В этом случае зарегистрирован наименьший поперечный размер пинча -400 мкм за майларовым фильтром толщиной 12 мкм (с отсечкой по энергии -1,5 кэВ). Мощность и энергия излучения достигала соответственно 0,4 ТВт и 20 кДж.

2. Получены сравнительные характеристики мощности и энергии излучения для одиночных и двойных лайнеров из различных материалов в 10 выделенных диапазонах мягкого рентгеновского спектра

3. Показано, что в момент максимального рентгеновского излучения при сжатии многопроволочного лайнера максимум спектра излучения приблизительно описывается излучением в рамках модели «черного тела» с температурой 4(Ь-50эВ.

4. Сравнение результатов измерений размеров излучающей плазмы выполненных с помощью трёхдырочной камеры-обскуры, оценкой площади излучающей плазмы в рамках модели «черного тела» и измеренного спектра излучения позволяют сделать вывод, что основная часть энергии рентгеновского излучения (более 90%) возникает в плазме, окружающей сжатый пинч.

5. Спектр излучения двойного лайнера в случае, когда материалы внешнего лайнера диаметром 12 мм, внутреннего лайнера диаметром 4 мм совпадает со спектром излучения одиночного лайнера из материала внешнего двойного лайнера. Таким образом, можно предположить, что плазма внешнего лайнера проходит через внутренний почти неподвижный лайнер и производит большую часть рентгеновского излучения на оси. При диаметре внутреннего лайнера 6 мм динамика сжатия меняется, яркость спектра материала внешнего лайнера резко уменьшается, и появляются линии обусловленные материалом внутреннего лайнера.

6 Оценка тока потерь в вакуумном концентраторе энергии, сделанная с помошью измерения тормозного рентгеновского излучения электронов утечки, показала, что потери тока утечки в максимуме амплитуды не превышают 5%. 7. Потери энергии в мишенном узле на выходе вакуумного концентратора энергии малы и по порядку величины составляют 0,1%, согласно проведенным измерением токов утечки с помощью цилиндров Фарадея, установленных в мишенном узле.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях

1. Дай Хунчунь. «Измерение динамики рентгеновского спектра при сжатии многопроволочных лайнеров на установке «С-300», Материалы IV Российского семинара «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды». Москва: МИФИ, 2003г. С. 162-164.

2. Черненко А.С., Бакшаев Ю.Л., Блинов П.И., Данько С.А., ДубасЛ.Г., Калинин Ю Г, Клир Д, Кубеш П., Краварик И., Кингсепп А.С., Корельский А.В., Королев В.Д., Устроев Г.И., Цай Хунчун, I Пашков А.Ю. «Сжатие быстрых Z-пинчей, выполненных на основе многопроволочных лайнеров и деятерированных нитей, на установке «С-300», XIX Международная конференция «Уравнения состояния вещества», Эльбрус, Россия, 11-17 Марта, 2004 г., Сборник статьей под редакцией академика В.Е. Фор+ова «Физика экстремальных состояний

вещества-2004».

3. Cai Hongchun, A.S. Chemenko, V.D. Korolev, GI. Ustroev, M.I. Ivanov, "Investigation of Dynamics of Soft X-ray Radiation of Mixed-material Wire-Arrays on the S-300 Pulsed Power Generator", Czechoslovak Journal physics, Vol.54. 2004. P.234-238.

4 A. S. Chemenko, V. P. Smirnov, A.S. Kingsep, Cai Hongchun and et. al. "Experimental study of implosion dynamics of multi-material nested wire-arrays on S-300 pulsed power generator", Czechoslovak Journal physics, Vol.54. 2004. P.204-210.

5 P. Kubes, J. Kravarik, D. Klir, and Yu.L. Bakshaev, P. I. Blinov, A. S. Chernenko, V.D. Korolev, G I. Ustroev, M.I. Ivanov, Cai Hongchun, "Some characteristics of fusion neutrons produced by deuterium in loads of Z-pinch devices", Czechoslovak Journal physics, Vol.54. 2004. P.298-302.

6 Черненко A.C., Королев ВД., Устроев Г.И., Иванов М.И., Александрии С.Ю., Цай Хунчунь. «Динамика энергетического спектра мягкого рентгеновского излучения плазмы при имплозии многопроволочных лайнеров на установке «С-300», Журнал «Вопросы Атомной Науки и Техники», Сер. Термоядерный синтез, 2004, Вып. 2, с.25-34

7 D. Klir, J. Kravarik, P. Kubes, YuL Bakshaev, P.I. Blinov, A.S. Chemenko, SA Danko, Cai Hongchun, M.I. Ivanov, V.D. Korolev, AV. Korelskij, E.V. Kravchenko, AYu. Shaskov, and GI. Ustroev, "Neutron and Soft X-Ray Emission from Wire Array Z-Pinch Imploding onto Deuterated Fiber", 15-й Международной конференции по мощным пучкам частиц, Россия, Санкт-Петербург, 2004г.

»20 171

РНБ Русский фонд

2OO5-4 2 1 4 O 2

Введение.

Глава 1 Транспортировка и концентрация энергии в мощных импульсных ускорителях

§1.1 Обзор работ по исследованию Z-пинчей и сжатию многопроволочных лайнеров.

§1.2 Вакуумные передающие линии с магнитной самоизоляцией.

§1.3 Вакуумный трехмерный концентратор энергии на основе магнитной самоизоляции.

Глава 2 Экспериментальная установка и средства диагностики

§2.1 Установка С-300.

§2.2 Мишенный узел.

§2.3 Лайнерные нагрузки.

§2.4 Средства диагностики на установке С-300.

Глава 3 Динамика энергетического спектра мягкого рентгеновского излучения плазмы при имплозии многопроволочных лайнеров.

§3.1 Динамика спектра мягкого рентгеновского излучения одиночных многопроволочных лайнеров.

§3.2 Динамика спектра мягкого рентгеновского излучения двойных многопроволочных лайнеров.

Глава 4 Исследование потерь энергии в вакуумном концентраторе энергии

§4.1 Потери энергии за счет утечки электронов в линиях с магнитной самоизоляцией вакуумного концентратора энергии.

§4.2 Исследование утечки тока в вакуумном концентраторе энергии по выходу тормозного излучения.

4.2.1 Методика измерения электронных токов утечки в концентраторе энергии.

4.2.2 Экспериментальные результаты по исследованию утечки тока в вакуумном концентраторе энергии при различных нагрузок.

4.2.3 Обсуждение экспериментальных результатов.

§4.3 Измерение утечки тока в мишенном узле.

§4.4 Выводы.

Диссертационная работа посвящена изучению временной зависимости спектра мягкого рентгеновского излучения при имплозии многопроволочных сборок-лайнеров из различных материалов под действием магнитного поля тока, протекающего через лайнер, на установке "С-300" в РНЦ "Курчатовский институт". Так как для понимания физики сжатия лайнеров и быстрых Z-пинчей со временами развития процесса менее 10"7 с и определения радиационных потерь необходима информация о динамике спектра излучения плазмы в процессе имплозии лайнера. Также в работе исследуетсяэффективность транспортировки электромагнитной энергии в трёхмерном вакуумном концентраторе энергии установки "С-300", выполненном на основе линий с магнитной самоизоляцией.

Уже более 50 лет ведутся интенсивные работы в области управляемого термоядерного синтеза (УТС) [1]. В 1950 г. новая идея для удержания и термоизоляции плазмы с помощью магнитного поля была предложена И.Е. Таммом и А.Д. Сахаровым в Советском Союзе. В 1961 г. впервые идея использования мощного лазерного излучения для нагрева плотной плазмы до термоядерных температур была высказана в докладе Н.Г. Басова на заседании президиума АН СССР и опубликована в работе [2]. И до сих пор эта идея активно изучается в рамках программы инерционного термоядерного синтеза. В последнее двадцатилетие интенсивно развивались методы получения концентрированных потоков энергии, в частности техника формирования мощных электрических импульсов для получения сильноточных релятивистских электронных пучков (РЭП) и пучков легких ионов [3]. И это позволяет реализовать идею использования мощных электронных пучков для нагрева и инициирования термоядерного микровзрыва мишени, содержащей плотную смесь дейтерия и трития до термоядерных температур. На это было указано Е.К. Завойским в СССР [4] и независимо от него Ф. Винтербергом в США [5]. Из анализа условий инициирования термоядерной реакции в D-T мишени следовало, что она осуществима для пучка релятивистских электронов с энергией 1-10 МэВ, током 10-100 МА и сфокусированным до размера 0,2-0,5 мм. Высокая интенсивность преобразования энергии, запасенной в импульсных генераторах напряжения, в энергию релятивистских электронных пучков определило интерес, проявленный к УТС на основе РЭП. Осуществление этой проблемы потребовало решения задач создания генераторов РЭП высокой мощности 1014 Вт и с полным запасом энергии > 10 МДж, транспортировки и концентрации энергии на поверхности мишени.

В 1979 г. С.Г. Алиханов, Л.И. Рудаков, И.Р. Ямпольский и В.П. Смирнов предложили для концентрации энергии на конечном этапе транспортировки энергии к мишени использовать лайнер, ускоренный давлением магнитного поля [6]. Кинетическая энергия лайнера, разогнанного до скоростей выше 10 см/с, может быть непосредственно использована для сжатия и нагрева плазмы или Д-Т смеси. Использование техники генераторов РЭП позволяет значительно снизить энергию, необходимую для достижения условий зажигания, до величины порядка несколько мегаджоулей при длительности нарастания тока 10'7 с. Коэффициент преобразования энергии генератора в нагрузку (лайнер) в этом случае может достигать 40-70%. Реализация этого предложения требует решения задач пространственной концентрации энергии и сокращения длительности^импульса до величины < 10 не. При этом существует принципиальная возможность использования кинетической энергии лайнера для обжатия мишени за время х ~ А / v « 2-5 не (где А толщина лайнера, v- его скорость).

Другим подходом применения лайнера является конверсия его энергии в поток теплового излучения, близкого к равновесному, с последующим преобразованием его в мягкое излучение, которое может быть использовано для облучения мишени. Впервые эта идея была высказана Л.И. Рудаковым применительно к экспериментам с использованием генераторов РЭП [7]. В работе [8], предложенная В.П. Смирновым схема двухоболочечного лайнера, в которой ускоренная внешняя оболочка, соударяясь с внутренней, передает ей энергию, а внутренняя ее переизлучает на мишень, расположенную на оси. При соответствующем выборе материалов первой и второй оболочек, первая играет роль экрана: она удерживает на некоторое время излучение во внутренней полости и обеспечивает в результате абляцию внутренней оболочки мишени. В экспериментах на установке "Ангара-5-1" в ТРИНИТИ (Россия) в 1989-1992 гг. была получена энергия импульса мягкого рентгеновского излучения 40 кДж за время 5 не, что позволило не только проводить эксперименты по инерционному удержанию, но и исследовать теплофизические свойства веществ при экстремальных f плотностях энергии. Впервые последняя возможность была высказана академиком В.Е. Фортовым, предложившим провести эксперименты по возбуждению ударных волн в твердом теле.

Успех с лайнерами на установке "Ангара-5" убедил ученых в перспективности этого подхода. По этому направлению достигнуты заметные успехи на более мощной установке "PBFA-H" (установке "Z")• В 1997 году на установке "Z" в лаборатории Sandia, с током 20 МА и временем нарастания 105 не, проводились эксперименты по обжатию многопроволочных лайнеров длиной 2 см и диаметром 4 см, выполненных из 240 вольфрамовых проволочек 07,5 мкм каждая. При этом в эксперименте без центральной мишени в момент сжатия лайнера к оси генерировался импульс рентгеновского излучения с полной энергией 2 МДж и с пиковой мощностью 200 ТВт, длительность которого на полувысоте составлялась 5,5 не [9]. Эти успехи стимулировали вновь интерес к исследованиям проблемы УТС на таких установках Z-пинчевого типа.

Систематические исследования по имплозии многопроволочных лайнеров в течение последнего десятилетия проводится на установке "Ангара-5" в Тринити [10,11,12,13,14]. В работе[10,11] исследована динамика многопроволочных лайнеров, и предложена концепция затянутого плазмообразования. Согласно этой концепции, имплозия многопроволочных сборок происходит следующим образом. Сразу же после начала тока через многопроволочную сборку на поверхности тонких проволочек диаметром несколько микрон образуется плазма, и ток разряда переключается с проволочек на эту низкоплотную плазму (корону). Керны проволочек остаются в начальном положении в течение значительной части разряда и являются неподвижными источниками плазмы. Плазма короны, где протекает основная часть тока, под действием силы Ампера сносится к оси сборки. В работах экспериментально и теоретически анализировался устойчивость многопроволочных лайнеров. Основными факторами, обеспечивающими устойчивость, являются: а) гетерогенность конфигурации плазмы, состоящей из двух фаз, горячей, по которой протекает основной ток, и относительно холодной, являющей непосредственным продуктом взрыва проволочек; б) затянутость вследствие этого процесса плазмообразования. Из-за непрерывного сноса токонесущей плазмы к оси установки в процессе затянутого плазмообразования возникает плазменная оболочка с толщиной, заметно большей толщины скин-слоя, но сплошь пронизанная током и магнитным полем. Она может быть и несплошной (в азимутальном направлении) на начальных этапах сжатия. Ускорение такой оболочки к оси системы обеспечивается не действием магнитного поршня на внешнюю границу лайнера, а объемной силой Ампера j*B/c, действующей почти равномерно по всей толщине оболочки. Такая конструкция плазменного лайнера существенно меньше подвержена неустойчивости Релея-Тейлора по сравнению с тонкими плазменными оболочками с толщиной порядка скин-слоя.

Начальные неоднородности сжимаемой плазмы оказывают определяющее влияние на конечные параметры сжатия [12]. При токовом самосжатии многопроволочных вольфрамовых сборок из-за "холодного старта" разряда и затянутого плазмообразования возникают значительные азимутальные и аксиальные неоднородности плазмы, определяющие дальнейшую динамику сжатия генерируемой плазмы. Пространственная неоднородность плазмы образующегося Z-пинча сохраняется и в момент интенсивного рентгеновского излучения. Образующаяся плазма стягивается силами у х Я в приосевую зону в виде многочисленных плазменных сгустков, которые представляет собой радиально вытянутые сгущения плазмы со сравнительно малыми поперечными размерами. В работе [12] поток плазменных сгустков назван "радиальным плазменным ливнем". По мере сжатия к оси сборки они уменьшают свой радиальный размер и сливаются в отдельные плазменные токовые волокна, вытянутые, в основном, вдоль оси разряда.

Существуют несколько моделей Z-пинча, которые могут объяснять процесс сжатия [12]. Модель самосжатых разрядов основана на предположении "снежного плуга" и плазменного лайнера. Эта модель и его модификации предполагают наличие более или менее однородной цилиндрической плазменной оболочки до начала сжатия пинча с последующим развитием двухмерных МГД-неустойчивостей в ходе сжатия. В последние годы появилась "эвристическая модель" Z-пинча многопроволочной сборки и ее модификации для численного моделирования, которые определяют начальную фазу и динамику токового сжатия многопроволочной сборки с учетом азимутальной и аксиальной неоднородностей начальной плазмы [15-17]. Для описания энергетики сжатого состояния быстрого Z-пинча предложена

Л.И. Рудаковым модель пинча на основе тороидальных магнитных пузырей, зарождающихся на периферии и проникающих к оси пинча (buoyant magnetic flux tubes) [18,19]. Эта одномерная модель предполагает МГД-турбулентное перемешивание магнитного потока, проникающего внутрь сжатого пинча со скоростью, близкой к альфвеновской скорости.

Эксперименты, проведенные на установке MAGPIE (IMA, 250 не) в Империал колледж (Англия), показывают, что в результате протекания тока по проволочкам происходит испарение и образования низкоплотной плазменной короны, окружающей проволочку. Динамика сжатия многопроволочного лайнера с формирующейся конфигурацией плазмы вместе с трехмерной топологией магнитного поля сильно отличается от динамики тонкой плазменной оболочки [20]. В течение 80% времени сжатия внутренняя область лайнера постепенно заполняется плазмой, которая образуется в результате испарения неподвижных кернов проволочек. Эта стадия заканчивается с формированием плазменных струй, которые движутся к центру лайнера под действием силы Ампера. При этом на оси лайнера образуется плазменный предвестник (препинч). В конце этой стадии, когда основная часть массы приходит на ось, образуется пинч с горячей плотной плазмой, являющей источником рентгеновского излучения. Отметим, что возникновение препичевой плазмы с пиком плотности на оси может явиться ключевым фактором, обеспечивающим стабильность имплозии лайнера.

Затянутость плазмообразования многопроволочных лайнеров приводит к тому, что временная зависимость радиуса лайнера отличается от нульмерной модели. Упрошенной анализ процесса испарения проволочек позволяет оценить скорость плазмообразования [20]. dm ju0I2 ~dt 4яй0К

В этих экспериментах по многопроволочным лайнерам исследовалось влияние магнитного поля на скорость испарения из керна проволочек с их определенным количеством, но с разными диаметрами. Результаты показывают, что скорость абляции для лайнера с меньшим диаметром высока, когда магнитное поле больше. В этой работе предложена модель образования плазмы, учитывающая скорость испарения проволочек.

Успех экспериментальной лайнерной программы в США и России убедил ученых в правильности подхода к решению проблемы инерциального УТС с помощью сильноточных генераторов. Важно, что результаты на различных установках соответствовали скейлингу, согласно которому при токе 50 МА ожидаемый уровень энергии в мягком рентгеновском излучении должен превысить 10 МДж [21], что обеспечит поджиг термоядерной мишени с коэффициентом усиления много большим 1.

В США ведется модернизация установки Z до тока 25-30 МА и обсуждается вопрос о создании установки с током более 50 МА [22,23]. В настоящее время на установке "Z" проводится 170 -180 запусков в год с максимальным током 18-20 МА. При обжатии многопроволочного лайнера с диаметром 4 см и высотой 2 см был получен импульс рентгеновского излучения с полной энергией 2 МДж, мощностью 200 ТВт. При этом была достигнута температура плазмы 215 эВ. Будущая установка "ZR" позволит осуществлять 400 запусков в год и довести максимальный ток 26 МА в стандартную Z-пинчевую нагрузку диаметром 4 см и длиной 2 см. При этом энергия и мощность рентгеновского излучения достигнут ЗМДж и 350ТВт соответственно, а максимальная температура плазмы составляет 260 эВ. Для того чтобы добиться этих параметров будут реконструированы полностью или частично ГИНы, промежуточный накопитель, газовые и водяные разрядники, передающие линии и магнитноизолированные вакуумные линии.

В России рассматривается возможность создания в ТРИНИТИ генератора "Байкал" (на базе уникального индуктивного накопителя с энергозапасом 900 МДж) с длительностью импульса 100-200 не и током 50 МА [24,25].

При создании мощных сильноточных генераторов такого типа одним из важных элементов установки является система, позволяющая свести энергию генератора с выходным размером порядка несколько метров на нагрузку сантиметрового размера. В настоящее время для этой цели используются вакуумные концентраторы энергии, выполненные на основе линий с магнитной самоизоляцией [26,27]. При плотности мощности 1010 Вт/см2 и выше при распространении волны в вакуумной передающей линии электрическое поле превосходит пороговое значение Е (2 Ч-З)" 105 В/см, при котором происходит взрывная эмиссия электронов с отрицательного электрода линии. Электроны, эмитированные с электрода, могут попасть на анод после ускорения в межэлектродном зазоре. И это приводит к потере существенной части энергии электромагнитного импульса и генерации плазмы на аноде. Удержание электронов в вакуумном промежутке оказывается возможным при превышении магнитного поля над электрическим, и это явление получило название магнитной изоляции. При Н > Е электроны, эмитированные с отрицательного электрода, не достигнут положительного и возвратятся обратно на катод. В отсутствие внешнего поля магнитная изоляция может осуществляется собственным магнитным полем.

В линии с магнитной самоизоляцией замагничвается поток электронов, появляющихся в вакуумном зазоре линии, за счет собственного магнитного поля протекающего по линии тока. Принцип магнитной самоизоляции позволяет существенно уменьшить вакуумный зазор линии при высокой напряженности электрического поля Е > 1 МВ/см, и тем самым уменьшить индуктивность линии, что очень важно для создания сильноточных генераторов мегаамперного диапазона. Этот эффект позволяет транспортировать электромагнитную энергию по магнитноизолированным вакуумным линиям (МИВЛ) на расстояния в несколько метров.

В данной работе изложены результаты исследования динамики имплозии многопроволочных лайнеров посредством измерений динамических спектров рентгеновского излучения и исследована эффективность транспортировки электромагнитной энергии в трёхмерном вакуумном концентраторе энергии установки "С-300" на основе измерений тока потерь в вакуумном концентраторе энергии по выходу тормозного рентгеновского излучения.

Диссертация состоит из введения, 4 главы, заключения.

§4.4 Выводы

1 Оценки тока утечек, сделанные в различных моделях по выходу тормозного излучения, показали, что максимальный ток утечек в экспериментах с лайнерной нагрузкой достигает 40-60 кА в момент максимального сжатия лайнера. Импульс тормозного излучения зарегистрирован на фронте тока, амплитуда которого была на порядок величины меньше импульса в момент сжатия. Нужно сказать, что не полное соответствие применяемых моделей реальной геометрии концентратора вносит ошибку в оценку тока утечек.

2 В экспериментах с низкоиндуктивной нагрузкой, потери тока были на два порядка величины меньше, чем в случае с лайнерной нагрузкой.

3 Из результатов измерений тока утечки с высокоиндуктивной нагрузкой следует, что утечки возникают только на фронте тока.

4 Измерения утечки в мишенном узле показали, что ток утечки составляет 1-2 кА, что значительно меньше полного тока, текущего в нём.

В заключение приводятся основные результаты и выводы диссертации.

1. Определена временная зависимость спектра мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергии квантов 50-600 эВ при сжатии одиночных вольфрамовых, алюминиевых и комбинированных многопроволочных сборок под действием тока 2-3 МА на установке "С-300". Наиболее однородное сжатие по сравнению с алюминиевыми и комбинированными лайнерами было получено в экспериментах с лайнером из вольфрамовых проволочек. В этом случае зарегистрирован наименьший поперечный размер пинча -400 мкм за майларовым фильтром толщиной 12 мкм (с отсечкой по энергии —1,5 кэВ). Мощность и энергия излучения достигала соответственно 0,4 ТВт и 20 кДж.

2. Получены сравнительные характеристики мощности и энергии излучения для одиночных и двойных лайнеров из различных материалов в 10 выделенных диапазонах мягкого рентгеновского спектра (50-600эВ).

3. Показано, что в момент максимального рентгеновского излучения при сжатии многопроволочного лайнера максимум спектра излучения приблизительно описывается излучением в рамках модели «черного тела» с температурой 40-50эВ.

4. Сравнение результатов измерений размеров излучающей плазмы выполненных с помощью трёхдырочной камеры-обскуры, оценкой площади излучающей плазмы в рамках модели «черного тела» и измеренного спектра излучения позволяют сделать вывод, что основная часть энергии рентгеновского излучения (более 90%) возникает в плазме, окружающей сжатый пинч.

5. Спектр излучения двойного лайнера в случае, когда материалы внешнего лайнера диаметром 12 мм, внутреннего лайнера диаметром 4 мм совпадает со спектром излучения одиночного лайнера из материала внешнего двойного лайнера. Таким образом, можно предположить, что плазма внешнего лайнера проходит через внутренний почти неподвижный лайнер и производит большую часть рентгеновского излучения на оси. При диаметре внутреннего лайнера 6 мм динамика сжатия меняется, яркость спектра материала внешнего лайнера резко уменьшается, и появляются линии обусловленные материалом внутреннего лайнера.

6. Оценка тока потерь в вакуумном концентраторе энергии, сделанная с помощью измерения тормозного рентгеновского излучения электронов утечки, показала, что потери тока утечки в максимуме амплитуды не превышают 5%.

7. Потери энергии в мишенном узле на выходе вакуумного концентратора энергии малы и по порядку величины составляют 0,1%, согласно проведенным измерением токов утечки с помощью цилиндров Фарадея, установленных в мишенном узле.

Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения и списка литературы. Объём диссертации составляет 115 страниц, в т.ч. 46 рисунок, 2 таблиц, 106 наименований в списке литературы.

Основные материалы диссертации опубликованы в печати в виде 4 статей (79,85,91,92) и 3 докладов (29,32,86). Они излагались на следующих международных и всероссийских конференциях: IV—Российского семинара «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды », Москва, 2003 г.; XIX Международная конференция «Уравнения состояния вещества», Россия, Нальчик, -2004 г.; 21-й Симпозиум по Технологии и Физике Плазмы, Чехия, Прага, 2004 г; 15-й Международной конференции по мощным пучкам частиц, Россия, Санкт-Петербург, 2004г.

В заключение автор выражает глубокую благодарность научным руководителям Черненко А.С., Фетисову И.К. за руководство, постоянное внимание к работе, сотрудникам ИЯС РНЦ КИ Кг^лёву В.Д., Устроеву Г.И. за ценные советы и полезные обсуждения. Автор искренне признателен сотруднику НИИИТ Иванову М.И. за помощь в обработках экспериментальных данных, а также всем сотрудникам лаборатории "С-300" ИЯС РНЦ КИ за помощь в выполнении работы.

Автор искренне благодарен заведующему кафедрой №21 физики плазмы МИФИ В.А. Курнаеву за большую поддержку в течение учебы в МИФИ.

1. "Физика Плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций", подредакцией академика М.А. Леонтовича, Издательство Академии наук СССР, 1958

2. Басов Н. Г., Крохин О. Н. // ЖЭТФ,—1964. -Т.4Ь, вып. 1—С. 171-175

3. Смирнов В.П., "Получение сильноточных пучков электронов (обзор)", ПТЭ, 1977, №2, С.7-14.

4. Babirln M.V., Zavoickii Е.К., Ivanov А.А., Rudakov L.I., "plasma physics and controlled Nuclear Fusion Research", IAEA, Vienna, 1971, V.l, P. 635-643

5. Winterbrd F., Physical Review, 1968, V 174, P212-218

6. С.Г. Алиханов, Л.И. Рудаков, И.Р. Ямпольский, В.П. Смирнов. «Применение техники генераторов РЭП для разгона цилиндрических лайнеров давлением магнитного поля». Письма в ЖТФ, 1979, т.5, вьтп.22, с. 1395-1397.

7. С.Л. Боголюбский, Б.П. Герасимов, В.И. Ликсонов, Ю.П. Попов, А.П. Михайлов, Л.И. Рудаков, А.А. Самарский, В.П. Смирнов, Л.И. Уруцкоев. "Выход термоядерных нейтронов из плазмы, сжимаемой оболочки". Письма в ЖЭТФ, 1976, т.24, с.206-209.

8. Р.С. Конкашбаева, В.В. Макаров, Л.Б. Никапдров, В.П. Смирнов. В кн. Тез. всесоюз. семинара "Физика быстропротекающих процессов". 1986, Гродно, с.5.

9. Александров В. В., Браницкий А. В., Волков Г. С. и др. "Динамика гетерогенного лайнера с затянутым плазмообразованием" // Физика плазмы. 2001, Т. 27, №2, С.99-120.

10. Александров В. В., Грабовский Е. В., Зукакишвили Г. Г. и др., "Токовое самосжатие многопроволочной сборки как радиальный плазменный ливень", ЖЭТФ. 2003. Т. 124. Вып. 10 С.26.

11. Грабовский Е. В., Зукакишвили Г. Г. Недосеев С. Л. и др. "Рентгенографическое исследование динамики и пространственной структуры Z-пинчей многопроволочных сборок", Физика плазмы. 2004. Т. 30. №1, С.33-40.

12. Александров В. В., Алексеев А. Г., Амосов В. Н., и др.

13. Экспериментальное исследование и численное моделирование процесса образования плазмы на начальной фазе токовой имплозии цилиндрической проволочной сборки", Физика плазмы. 2003. Т. 29. №12, С.1114-1121.

14. M.G. Haines, IEEE Trans. Plasma Sci. 30, 588 (2002).

15. J. P. Chittenden, S. V. Lebedev, A.R. Bell et al., Phys. Rev. Lett. 83,100 (1999)

16. M. H. Frese, S. D. Frese, S. E. Rosental, et al., IEEE Trans. Plasma Sci. 30,593 (2002).

17. R. H. Lovberg, R. A. Raily, and J. S. Shlachter, AIP Conf. Proc.299, Dense Z-pinches, 3rd Int. Conf., London (1993), p.59.

18. L. I. Rudakov, A. L. Velikovich, J. Davis, et al., Phys. Rev. Lett. 84, 33262000).

19. Don Cook, "New Developments and Applications of Intense Pulsed Radiation Sources at Sandia National Laboratories", Proc. of the Eleventh IEEE Pulsed Power Conference, Baltimore, MD (IEEE New York), 1997, P.25-36

20. Dillon H. McDaniel, Michael G, Mazarakis, David E. Bliss, et al., "The ZR

21. Refurbishment Project", 5th International Conference on Dense Z-Pinches Albuquerque, New Mexico, June, 2002, P.23-28

22. E.A. Weinbrecht, D.H. McDaniel, D.D. Bloomquist, "The Z Refurbishment

23. Project (Zr) at Sandia National Laboratories", Proc. 14-th IEEE Intern. Pulsed Power Conf., Dallas, Texas, USA June 15-18, 2003 P.157-162.

24. Alexander Kingsep, Yuri Bakshaev, Alexander Bartov, et al., "Experiments

25. Aimed at the «Baikal» Program", 5th International Conference on Dense Z-Pinches Albuquerque, New Mexico, June, 2002, P.33-36

26. E.V. Grabovsky, E.A. Azizov, S.G. Alikhanov, et al., "The Improvement of

27. Pulse Power Scheme for «Baikal» Project", Proc. 14-th IEEE Intern. Pulsed Power Conf., Dallas, Texas, USA June 15-18,2003 P.921-924.

28. J.M. Creedon, "magnetic cutoff in high-current diods", J.Appl.Phys., Vol.48,no3, pl070-1077, 1977.

29. Е.И. Баранчиков, A.B. Гордеев, В.Д. Королёв, В.П. Смирнов, "магнитная самоизоляция электронных пучков в вакуумных линиях", ЖЭТФ,Т.75,Вып.6( 12), С. 2102-2121,1978

30. Алиханов С.Г., Рудаков Л.И., Смирнов В.П., Ямполъский И.Р., Письмав ЖТФ. 1979. Т. 5. С. 1395.

31. Цай Хунчунь. «Измерение динамики рентгеновского спектра при сжатии многопроволочных лайнеров на установке «С-300», Материалы

32. Российского семинара «Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды». Москва: МИФИ, 2003г. С. 162-164.

33. Филиппов Н.В., Физика Плазмы. 1983. Т. 9. Вып. 1. С. 25

34. A.V. Branitsky, E.V. Grabovsky, S.V. Zakharov, et al., "Investigation of

35. Energy and Current concentration In Composite Z-Pinch through It's Soft X-Ray Emission on ANGARA-5-1", Presented at 11-th Int. Conf. on High Power Particle Beams, Prague, Crech Republic, 1996, p.526-529.

36. Черненко A.C., Бакшаев Ю.Л., Блинов П.И., Данько С.А., Дубае Л.Г.,

37. Dillon Н. McDaniel, Michael G, Mazarakis, David E. Bliss, et al., "The ZR

38. Refurbishment Project", 5th International Conference on Dense Z-Pinches Albuquerque, New Mexico, June, 2002, P.23-28

39. Rosenbluth M.N., Los Alamos Scientific Laboratory Report LA-2030,April1956.

40. Tuck J.L, Proc. of the Second United National Conference on Peaceful

41. Uses of Atomic Energy (United Nations, Geneva), Vol.32, p.3, 1958

42. Butt E.D., Carruthers R., Mitchell J.J.D., Pease R.S., Thonemann P.C., Bird

43. M.A., Blears J., Htrtill E.R., Proc. of the Second United National Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy (United Nations, Geneva), Vol. 32, P.42. 1958

44. Martin Т.Н., Van Devender J.P., Johnson D.L., McDaniel D.H. and Aker M.

45. Proc. of the International Conference on Electron Beam Research and Technology, Albuquerque, NM, Vol. 1, P. 450, 1975

46. Turman B.N., Martin Т.Н., Neau E.L., Humphreys D.R., Bloomquist D.D.,

47. Cook D.L., Goldstein S.A., Schneider L.X., McDaniel D.H., Wilson J.M., Hamil R.A., Barr G.W., and VanDevender J.P., Proc. of the Fifth IEEE Pulsed Power Conference, Arlington, VA, ed. by P.J. Turchi And M.F. Rose (IEEE, New York,) p. 155 1985

48. Spielman R.B., Stygar W.A., Seamen J.F., Long F, Ives H., Garcia R.,

49. Wagoner Т., Strove K.W., Mostrom M., Smith I., Spence P. and Corcoran P. Proc. of the Eleventh IEEE Pulsed Power Conference, Baltimore, MD (IEEE New York). 1997

50. Mosher D, Stephanakis S.J., Hain K., Dozier C.N. and Young F.C., Ann. of

51. N.Y. Acad. Sci.251, p.632, 1975

52. Turchi P.J. and Baker W.L. J., Appl. Phys. 44, 4936, 1973

53. Stailings C., Nielson K. and Schneider R., Appl. Phys. Lett. 29, 404, 1976

54. Matzen M.K. Phys. Plasmas 4, 1519, 1997

55. Whitney K.G., Thornhill J.W., Guiliani J.L. et al, Phys. Rev. E. 1994, V. 50, P.2166.

56. B.B. Александров, E.B. Грабовский, Г.Г. Зукакишвили и др., "Токовое Самосжатие Многопроволочной Сборки Как Радиальный Плазменный Ливень", ЖЭТФ, 2003, Том 124, Вып. 4(10), Стр. 829-839

57. Baksht R.B., Fedunin A.F., Labetsky A.Yu. et al., Bull. APS. 1995, V.40. P. 1852

58. Р.Б. Бакшт, А. Ю. Лабецкий, C.B. Логинов и др. "Комбинированный

59. Z-Пинч: Многопроволочныи Лайнер С Внешней Газовой Оболочкой", Физика Плазмы, 1997. Том 23, № 2, с. 135-141.

60. E.V. Grabovsky, V.V. Alexandrov, M.V. Fedulov et al., "Physics Of ICF

61. Related Multiwire Array Implosion", 30th EPS Conference on Contr. Fusion and Plasma Phys., St. Petersburg, 7-11 July 2003 ECA Vol. 27A. 0-2.8Cpd

62. V.V. Alexandrov, M.V. Fedulov, I.N. Frolov et al., "Experimental Study Of

63. Wire Array Implosion In Presence Of Prolonged Plasma Production On Angara-5-1 Facility", 5th International Conference on Dense Z-Pinches Albuquerque, New Mexico, June, 2002, P.91-94

64. Альбиков 3.A., Велихов Е.П., Веретенников А.И. и др. "Экспериментальный комплекс <(Ангара-5-1»", Атом. Энергия. 1990. Т.68. С.26.

65. A. S. Chernenko, Yu. М. Gorbulin, Yu. G. Kalinin et al, "S-300, New Pulsed

66. Power Installation in Kurchatov Institute. Inverstigation of Stable Liner Implosion", Presented at 11-th Int. Conf. on High Power Particle Beams, Prague, Crech Republic, 1996, p. 154-157

67. Т.Н. Martin, B.N. Turman, S.A. Goldstein, et al., "PBFA II, the Pulsed

68. Power Characterization Phase", Proc. 6-th IEEE Intern. Pulsed Power Conf., Arlington Virginia, June 29-July 1, 1987 P.225-232.

69. Hull A.W., "The effect of a uniform magnetic field on the motion of electron between coaxial cylinders", Phys. Rev. 1921. Vol. 18. P. 31-57.

70. Brillouin L., "Electronic Theory of the Plane Magnetron", Advances in Electronics, Ed. by L. Marton. N.E.: 1951. Vol. III. P. 85-144.

71. Данилов B.H., "Обобщенный бриллюэновский режим электронных потоков", Радеотехника и электропика. 1963. № 11. С 1892-1900;

72. Данилов В.Н, "О бриллю-эновском состоявди двумерного электронного потока", Там же. 1963. №12.С. 2046-2054; Джипов В.Н. "К теории брвдлюжовских электронных потоков", Там же. 1966. № 11. С. 1994-2007.

73. Воронин В.С, Лебедев А.Н., "Теория коаксиального выооковольнэгодиода с магнитаэй изоляцией", ЖГФ. 1973. Т. 43. Вып. 12. С. 2591-2598.

74. Lovelace R.N., Ott Е., "Theory of magnetic insulation", Phys, Fluids, 1974.1. Vol.17,N6.P. 1263-1268

75. Ron A., Mondelli A.A., Rostoker N., "Equilibria for magnetic insulation",

76. EE Trans. Plasma Sci. 1973. Vol. PS-1. N 4. P. 85-93.

77. Гордеев A.B., "Магнитная самоизоляция вакуумных коаксиальных линий". Препринт ИАЭ-3076. М. 1978.

78. В.В. Булан, В.В. Заживихин, Е.В. Знатное и др., "Эффективность транспортировки энергии в многоканальном концентраторе". 6 Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Томск, ИСЭ СО АН СССР, 1986, ч,2, с. 180-182.

79. A.S. Chernenko, E.M.Gordeev, V.D. Korolev, V.I. Liksonov, M.V. Tulupov, V.V. Zazhivikhin. "Terawatt Power Concentration in Liner Compression Experiments on Module A5-1". IEEE 8-th Pulsed Power Conf, 1991, San Diego, p. 625-628.

80. W.H. Hsing, R. Coats, D.H. McDaniel, R.B. Spielman, "Low Inductance

81. Diode Design on the Proto-2 Accelerator for Imploding Plasma Loads". 5-th IEEE Puis. Power Conf-, Arlington, Virginia, 1985, part 5, p. 704-707.

82. G. Yonas, "Inertial Fusion Research Using Pulsed Power Drivers". 10-th

83. Europ. Conf. Control. Fusion and Plasma Phys., Moscow, 1981, v. 2, p.134-138.

84. K. Ware, N. Loter, M. Montgomery, J. Ranch, J. Shannon, "Bremsstrahlung

85. Source Development on Blackjack 5". 5-th IEEE Puis, Power Conf., Arlington, Virginia, 1985,p. 118-121.

86. C.R. McClenahan, R.C. Backstrom, J.P, Quintenz, et al, "Efficient low-impedance high power electron beam diode". 5-th Intern. Topic Conf. High Power Electron and Ion Beam Research and Techn. San Francisco, 1983, p. 147-150.

87. B.M. Бабыкин, A.B. Гордеев, В.Д. Королёв и др. "Динамика РЭП всильноточном диоде с ножевым катодом". Физика плазмы. 1991, т. 17, вып,9,с.1102-1110.

88. E.V. Grabovski, S.L. Nedoseev, G.M. Oleinik V.E. Pichugin, V.P. Smirnov,

89. V.V. Zajivikhin. "New Concentrator of 5 MA on ANGARA-5-1 for Liner Implosion". Pros. 11-th Int. Conf. on High Power Particle Beams. Prague, Chech Republic, 1996, v.l, p.546-549.

90. Yu Bakshaev, A.S. Chernenko, V.D. Korolev, V.I. Mizhiritskiy, V.Y.

91. Zazhivikhin. "Energy concentration on S-300 pulsed power generation". Proc. 11-th Int. Conf. On High Power Particle Beams. Prague, Chech Republic, 1996, v.2 p.962-964.

92. R.B. Spilman, F Long, Т.Н. Martin et. al. "PBFA 2-Z: A 20 MA Driver for

93. Z-Pinch Experiments", 10-th IEEE Int. Pulsed Power Conf. 1995,

94. Albuquerqu New Mexico, p.396-404.

95. P.F. Ottinger, S.A. Goldstein, R.A. Meger, "Theoretical modeling of theplasma erosion opening switch for Inductive storage application". J. AppL, 1984, v.56(3), p.774-784.

96. A.C. Кингсеп, К. Чукбар, B.B. Яньков. "Электронная магнитная гидродинамика". Вопросы теории плазмы. Атомиздат, 1983.

97. R.A. Meger, R.J. Commisso, G. Cooperstein, S.A. Goldstein, "Vacuum inductive store pulse compression experiments on high power accelerator using plasma1 opening switches". Appl. Phys. Lett, 1983, v. 42(11), p. 943-945.

98. R.A. Meger, J.R. Boiler, R.J. Commisso, et al. "Plasma Erosion Opening

99. Switch Research Program". Fifth Intern. Conf. High Power Particle Beams, San Francisco, California, USA, 1983, p. 330-335.

100. V.A. Veber, J.R. Boiler, D.C. Colombant et. al. "Plasma erosion switch for

101. F", Laser and Particle Beams, 1987, v. 5, pt. 3, p. 537-548.

102. С.П. Бугаев, A.M. Волков, А.А. Ким и др. "ГИТ-16: Мегаджоульный4 импульсный генератор с плазменным ключом для нагрузок типа 2-пинча".| Известия высших учебных заведений, сер. Физика, 1997, №12, с.38-46.

103. A. S. Chernenko, V. P. Smirnov, A.S. Kingsep, Cai Hongchun and et. al. "Experimental study of implosion dynamics of multi-material nested wire-arrays on S-300 pulsed power generator", Czechoslovak Journal physics, Vol.54. 2004. P.204-210.

104. A.H. Долгов, Г.Х. Салахутдинов, "Процессы переноса вещества вбыстром Z-пинчевом разряде (Малоиндуктивная вакуумная искра", Физика плазмы, 2003, том 29, № 9, с.818-825.

105. Kelley Н., Garcia G. and Bilbao L. Plasma Phys. Contr. Fusion 31, 1017,1989)

106. Mather J.\V,Phys. Fluids Suppl. 5, 28, (1964)

107. К. Колачек, Ю. Шмидт, В. Богачек, и др. "Исследования мягкогорентгеновского излучения быстрого капиллярного разряда", Физика плазмы, 2003, том 29, № 4, с.318-324.

108. Sethian J.D., Robson А.Е., Gerber К.А., and Desiva A.W., Dense Z-Pinches,

109. D. Klir, J. Kravarik, P. Kubes, Yu.L. Bakshaev, P.I. Blinov, A.S. Chernenko,

110. Ю. Г. Калинин, "Экспериментальные Исследования Динамики Легких

111. Лайнеров" Физика Плазмы, 2003, Том 29, № 7. С. 618-634

112. Г. В. Иваненков, В. Степневски, "Радиационная Динамика Взрывающихся Проволочек С Двухфазным Плотным Керном", Физика Плазмы, 2002, Том 28. №6, С. 499-513

113. В.И. Афонин, В.П. Лазарчук, С.И. Петров и др., "Исследование Параметров Плазменных Точек В Z-Пинче", Фмзика Плазмы, 1997, Том 23, №11, С.1002-1007

114. M.G. Haines, S.V. Lebedev, J.P. Chittenden et al, "Physics of Wire-Array Z-Pinch Implosions", 28th EPS Conference on Contr. Fusion and Plasma Phys. Funchal, 18-22 June 2001, EGA Vol. 25A (2001) 905-908

115. Cai Hongchun, A.S. Chernenko, V.D. Korolev, G.I. Ustroev, M.I. Ivanov, "Investigation of Dynamics of Soft X-ray Radiation of Mixed-material Wire-Arrays on the S-300 Pulsed Power Generator", Czechoslovak Journal physics, Vol.54. 2004. P.234-238.

116. Zakharov S.V, Smirnov V.P., Tsarfin V.Ya. "ANGARA-5 High Intensity

117. Soft X Ray Source with Imploding Liner Cascade for Inertial Confinement Fusion", Proc. of 14th Int. Conf. on PI.Phys. and Cont. Nuc. Fus. Res. Wurzburg, 1992. IAEA. Vienna, 1993. V.3, p.481 (IAEA-CN-56/G-3-9).

118. Гапонов C.B., Гусев C.A., Платонов Ю.Я., Салащеко Н.Н., «Искусственные многослойные отражающие и селективные элементы для мягкого рентгеновского излучения». ЖТФ, 1984,т.54, №4,с.755.

119. Средства диагностики однократного импульсного излучения /под редакцией Веретенникова А.И. и Даниленко К.Н. Сборник трудов НИИИТ, М.,ИЗДАТ,1999.

120. B.L. Henke, P. Lee and its. Atomic Data and Nuclear Data Tables 27,1.144(1982).

121. F.C. Young, S.J. Stephanakis and V.E. Scherrer, "Filtered X-ray diodes forimploding plasma experiments", Rev. Sci. Instrum. 57, 2174 (1986).

122. Бабыкин M.B., Бартов A.B. "Методы получения предельных электрических мощностей в коротких импульах". Препринт1. ИАЭ-2253. М.,1972.

123. R. В. Spielman, F. Long, Т. Н. Martin et al "PBFA II-Z: A 20-Ma Driver

124. For Z-Pinch Experiments", Proc. 10-th IEEE Intern. Pulsed Power Conf., Albuquerque, New Mexico, 1995, P.396-404.

125. Большаков E. П., Велихов E. П., и др. "Модуль установки

126. Ангара-5)) " Атомная энергия., 1982, Т.53, С. 14.

127. Альбиков 3. А., Веретенников А. И., Козлов О. В. Детектор импульсного ионизирующего излучения. М., Атомиздат., 1978.

128. Диденко А. Н., Григорьев В. В., Усов Ю. П. "Мощные электронные пучки и их примерение." М., Атомиздат., 1977.

129. Справочник «Таблицы Физических Величин», М., Атомиздат, 1976, с.958

130. David L. NRL Plasma formulary, NRL Publication, 1987, P.47

131. Greedon J. M. Relativistic Brillouin flow in the high v/ Y diodes //J. Appl.

132. Phys. 1975. Vol.46. N 7. P. 2946-2955,