Исследование радиационно-газодинамических процессов взаимодействия гиперзвуковых потоков излучающей плазмы с конденсированными и газовыми средами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 537

003062 15 1

Щепанюк Тадеуш Сигизмундович

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННО-ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИПЕРЗВУКОВЫХ ПОТОКОВ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ПЛАЗМЫ С КОНДЕНСИРОВАННЫМИ И ГАЗОВЫМИ СРЕДАМИ

Специальность 01 04 14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003062151

Работа выполнена в Московском государственном техническом университет им Н Э Баумана

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Протасов Ю С

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Кингсеп А С кандидат физико-математических наук, с н с , Колесников В Н

Ведущая организация

Объединенный институт высоких температур РАН

Защита диссертации состоится

и

2007 г в

час не

заседании диссертационного Совета Д 212 141 08 при Московском государственном техническом университете им Н Э Баумана по адресу 105005, Москва, Лефортовская наб , д 1, кор "Энергомашиностроение"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им Н Э Баумана

Ваш отзыв на автореферат в 2-х экз , заверенный печатью, просим выслать п адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул , 5, МГТУ им Н Э Баумана, ученому секретарю диссертационного Совета Д212 141 08

Автореферат разослан "_"_2007 г

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат технических наук, доцент

Е Б Копосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы При решении ряда научных и практических задач необходимы мощные источники излучения в ультрафиолетовой и вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) областях спектра Потребности в таких источниках есть в квантовой электронике (здесь они применяются как источники оптической накачки лазерных сред), при исследовании теплофизических и радиаци-онно-плазмодинамических процессов взаимодействия интенсивного некогерентного излучения с веществом (например, это процессы на стенках термоядерных установок абляция теплозащитных покрытий летательных аппаратов, процессы в эрозионных ускорителях плазмы и сильноточных электродинамических устройствах и др ), в технологических (УФ-фотолитография, радиационное упрочнение поверхности) и фотохимических процессах

Один из перспективных путей решения задачи по созданию мощных источников жесткого широкополосного излучения есть использование в этом качестве сильноточных излучающих плазмодинамических разрядов (ПДР) эрозионного типа в газах, в которых удачно сочетается ударно-волновой механизм нагрева плазмы, не имеющий прямых ограничений сверху на уровень достигаемых температур вещества (это преимущество перед омическими методами нагрева плазмы) и электрический способ накопления и ввода энергии в среду в сочетании с высоким кпд устройства (в отличие от взрывных источников излучения)

В экспериментах выполненных на начальном этапе исследований плазмодинамических коротковолновых излучателей под руководством А С Камрукова, Н П Козлова, Ю С Протасова подробно измерены интегральные излучательные и динамические характеристики разрядов магнитоплаз-менных компрессоров (МПК) в газах Демонстрацией возможностей данного типа излучающих разрядов был запуск первого плазменного фотоионизаци-онно-рекомбинационного лазера с ВУФ накачкой от излучающего плазмоди-намического разряда Однако макроструктура плазмы разряда, ее влияние на излучательные свойства разряда в достаточной степени не были изучены Целью настоящей работы является

- экспериментальное исследование макроструктуры и динамики излучающих плазмодинамических разрядов магнитоплазменного компрессора в газах, выяснение влияния динамических свойств разряда на излучательные характеристики данного класса разрядных устройств в широком диапазоне спектра,

- экспериментальное исследование многофакторных процессов взаимодействия мощного коротковолнового широкополосного излучения плазмодинамических разрядов в газе с конденсированным веществом

Основными задачами, решаемыми в работе являются

- создание экспериментально-диагностического стенда для исследования теплофизических и радиационно-газодинамических процессов в сильноточных излучающих плазмодинамических разрядах,

- экспериментальное исследование и анализ динамики и макроструктуры излучающих плазмодинамических разрядов, определение термодинамических параметров плазмы разрядов, разработка методик и проведение измерений потоков мощного коротковолнового ВУФ-излучения в ближней зоне разряда,

- исследование теплофизических и радиационно-плазмодинамических процессов взаимодействия коротковолнового широкополосного излучения ПДР с конденсированными средами, анализ результатов, полученных в этих экспериментах

Научная новизна исследований заключается в следующем

1 в результате экспериментальных исследований установлено, что в излучающих плазмодинамических разрядах в газах у оси симметрии газоразрядной системы ударно-сжатый газ и плазма турбулентно перемешаны, контактная граница здесь межу ними отсутствует, газодинамические возмущения достигают фронта ударной волны в газе и возмущают его,

2 экспериментально показано, что турбулентное перемешивание существенно влияет на излучательные характеристики разряда (проявление т н эффекта турбулентной модификации) на контактной границе «плазма - газ»,

3 экспериментально исследованы потоки мощного ВУФ-излучения в ближней зоне излучающего плазмодинамического разряда,

4 установлен аномально низкий порог парообразования при воздействии широкополосного коротковолнового излучения плазмодинамического разряда на конденсированные вещества Измерены распределения параметров излучающей плазмы над твердотельной мишенью и определены излучательные свойства разряда в полосе поглощения эмиссионных паров

Достоверность результатов Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением современных методик измерения, воспроизводимостью результатов измерений и сравнением экспериментальных результатов с расчетными и экспериментальными работами других авторов

Практическая значимость результатов исследований определяется тем, что проведенные исследования используются при проектировании лазерных устройств, в которых в качестве источников оптической накачки применяются излучающие плазмодинамические разряды Результаты исследования многофакторных процессов взаимодействия излучения плазмодинамических разрядов с конденсированным веществом могут быть использованы при проектировании стенок термоядерных устройств и при решении ряда радиационно-плазмодинамических технологических задач Разработанная эксперимен-

тальная технология может быть применена при исследовании различных форм оптических разрядов

Личное участие автора заключается в проведении исследований, разработок и анализа по всем разделам работы, автор принимал равноправное участие в создании экспериментального стенда, в проведении экспериментов и в анализе полученных результатов На защиту выносятся

- результаты экспериментальных исследований макроструктуры и динамики сильноточных излучающих плазмодинамических разрядов магнито-плазменного компрессора в газах, эффекта турбулентной модификации термодинамических и оптических характеристик плазмодинамических разрядов, радиационно-плазмодинамических процессов взаимодействия широкополосного излучения с конденсированным и газовыми средами Апробация работы и публикации

Основные результаты и положения работы докладывались на I, II Всесоюзных симпозиумах по радиационной плазмодинамике, Москва, 19891991, VI Всесоюзной конференции «Плазменные ускорители и ионные инжекторы», Днепропетровск, 1986, VI Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии, Иваново, 2005, IV Всероссийской национальной конференции по теплообмену, Москва, 2006, Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики», Москва, 20Об По результатам проведенных исследований опубликовано 10 печатных работ

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, четырех тематических глав, выводов, заключения и списка литературы, содержит 144 страниц основного теста, 48 рисунков, библиография насчитывает 137 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, кратко описана логика и структура работы

Вторая глава посвящена описанию созданного экспериментального стенда и анализу возможностей лазерных методов диагностики плазмы, которым уделено основное внимание в данной работе Источник плазменных потоков - магнитоплазменный компрессор торцевой геометрии с электродами из нержавеющей стали диаметром 6 и 20мм и фторопластовой плазмооб-разующей шайбой помещался в вакуумную камеру объемом 3 10"3 м'3, которая вакуумировалась перед каждым разрядом до давления р < 1 Па и заполнялась газом (Ие, Хе, Аг, воздух) до давления р~ 2 102-105 Па Емкостной накопитель 'энергии (3 75 кДж, 25 кВ) коммутировался с разрядным конту-

ром вакуумным разрядником, полный энерговклад в разрядный контур составлял ~2 кДж, из них ~40% в первом полупериоде тока, максимум тока достигал -180 кА

Лазерная диагностика плазмы осуществлялась на оптической базе го-лографической установки УИГ-1М с применением шлирен-схемы Теплера в режиме светового поля и методов двухэкспозиционной голографической интерферометрии Одиночные импульсы излучения рубинового лазера формировались с помощью электрооптических затворов, синхронизация с разрядным контуром достигалась подачей последовательных импульсов с генераторов импульсов на поджиг ламп накачки лазера, затем на запуск вакуумного разрядника, а далее с требуемой задержкой на электрооптический затвор

Пространственное разрешение диагностического модуля установки определялось разрешением оптической системы (~50 мкм), а временное (-40 не) - длительностью лазерного импульса Моменты срабатывания лазеров по отношению к току разряда контролировались осциллографически при поступлении сигналов с пояса Роговского и с фотоэлементов Так как разряд являлся мощным источником электромагнитных помех, для обеспечения синхронизации импульсных процессов применялись меры по ослаблению этих помех Минимальный регистрируемый шлирен-методом интегральный по лучу поперечный градиент концентрации составлял для электронов ~1018 см-3, для атомов неона ~2 1019 см'3 Для интерферометрии плазмы диапазон измерения квазистационарных (относительно изменения параметра за время экспозиции) распределений электронных концентраций Ne, был ограничен снизу регистрируемым сдвигом интерференционных полос, а сверху -наложением полос и составлял для хода ~ $Nedx по лучу 1017 - 2 Ю20 см'2

Для распределений Ne, быстро меняющихся во времени (например из-зз динамики плазменных образовании или развитой турбулентности), интерференционная картина пропадала (из-за сдвига полос за время регистрации) при превышении параметра (д jNedx)/8t уровня 102S см-2с-1

С помощью скоростного фоторегистратора СФР-2М регистрировались щелевая развертка разряда по оси симметрии ПДР Импульсы излучения в видимой и ближней УФ-областяч спектра регистрировались фотоэлементами с набором фильтров

В третьей главе содержатся результаты экспериментальных исследований плазмодинамических разрядов в газах

Ударно-волновая структура разряда В результате экспериментальных исследований зарегистрирована сложная ударно-волновая структура, существенно отличающаяся от ранее предложенной одномерной модели (рис 1, 2) Перед центральным электродом после оттеснения газа образуется характерная для плазмодинамических разрядов зона повышенной плотности и температуры - плазменный фок} с Эта зона создается потоком плазмы, имеющим

значительную радиальную составляющую скорости. Вокруг плазменного фокуса регистрируется газодинамический разрыв зоны МГД-компрессии — ударная волна (поз. 4, рис.1б). Плазменные потоки, испытавшие меньшее отклонение, истекают приблизительно параллельно оси, и этот радиально-неоднородный поток создает коническую ударную волну (поз.З) аналог прямой УВ в плазме в одномерном рассмотрении. На фронте этой волны срабатывается нормальная к границе с газом составляющая скорости и увеличивается давление и температура плазмы, эта ударная волна взаимодействует с УВ Зоны МГД-компрессии — плазменного фокуса. Возникающая система газодинамических разрывов напоминает структуры, образующиеся при сверхзвуковом истечении в затопленное пространство из газодинамического сопла. Отмеченные выше газодинамические разрывы с течением времени перемещаются вверх и вниз по течению и меняют наклон относительно оси, что объясняется движением деформируемой газовой преграды и не стационарностью плазменных потоков ПДР. Полный аналог одномерной модели возникает в периферийных (приэлектродных) зонах разряда, но только в сферической геометрии. Здесь регистрируется УВ в плазме (поз.З), УВ в газе (поз.1) и контактная граница (поз.2) между ними.

Рис. 1. Шлирен-грамма излучающего плазмодинамического разряда в неоне

(р-215 тор,t~ 2.1 мке). Рис. 2. Схема газодинамической структуры течения: I. ударная волна в газе; 2. контактная граница; 3. коническая ударная волна; 4. ударная волна фокуса; 5. ударно-сжатый газ; 6, повернутый поток эрозионной плазмы; 7. радиально-неоднородный поток плазмы; 8. зона турбулентно-перемешанных плазмы и газа.

Газодинамическая неустойчивость на границе плазма-газ. Важным следствием неодномерности течения является интенсивное турбулентное перемешивание высокотемпературной эрозионной плазмы с более холодным и

плотным ударно сжатым газом в головной части разряда. На представленных щлирш-снимках (рис. 2 поз.8 и рис.3) видно, что ударно-волновой структуры подобной той, которая возникает в линейно-стабилизированном поверхностном разряде, разрядах с взрывающимися проволочками или при взрыве ВВ в газе - здесь не реализуется. Причиной этой турбулентности является то, что в этой области разряда на контактной границе плазма-газ есть тангенциальный разрыв скоростей (скольжение плазменного потока вдоль границы раздела) и есть условия для развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (неустойчивость сдвиговых течений). Оценки показывают, что за время порядка 1/4 периода тока в условиях эксперимента развиваются газодинамические вихри, превышающие толщину слоя ударно сжатого газа. То что именно неустойчивость Кельвина-Гедьмгольца развивается в этих условиях, а не Ре лей-Тейлоровская например, видно по форме вихрей. Оценки также показывают, что условия для развития Рэлей-Тейлоровской неустойчивости (для которой на начальной стадии возмущения границы имеют вид глубоких языков), имеют место лишь в самом начале разряда (до - 1мкс),

в

Рис 3. а - шлирен-грамма разряда в воздухе (р -20 тор, г— 3.7 мке), б - его фрагмент с зоной турбулентного перемешивания, в - схема поясняющая развитие неустойчивости Ке л ь в и н а- Гел ьм гольца

Турбулентная модификация оптических и термодинамических характеристик плазмодинамического разряда. Турбулентное перемешивание удар-носжатого газа и плазмы существенно влияет на свойства плазменного обра-

зования При развитии вихрей резко интенсифицируются процессы переноса импульса, массы и энергии В результате часть плазменного потока тормозится, что повышает давление (до значений порядка скоростного напора) и внутреннюю энергию турбулентной зоны (за счет энтальпии торможения и энергии вмороженного магнитного поля), температура здесь принимает значения Т,, лежащее между температурой газа Тг и температурой торможения Тр Характерное время нагрева и охлаждения элементов массы плазмы и газа не превышает пк'11Г1 < 1мкс, (тиЛГ1 - порядок размера возникающих вихрей) что может в общем случае приводить к неравновесному (в том числи и инверсному) заселению уровней атомов и ионов плазмы и газа, это и подтверждается выполненными экспериментами

Коэффициент поглощения для излучения видимого диапазона /„ увеличивается в результате турбулизации, по крайней мере, вследствие увеличения давления рр, заметную роль играет также температурный фактор, /у при /}р=сош1 имеет максимум при температуре Ту, соответствующей области однократной ионизации, обычно Г? < Тм, а Тр > Тм, и усреднение температуры приводит к существенному росту /у

В УФ- и ближней ВУФ-областях спектра коэффициенты поглощения /уф определяются фотопроцессами с участием квантовых систем с небольшой энергией связи (молекул, атомов) Поэтому, нагрев газа до Т—■ Тм приводящий к термодиструкции указанных систем, просветляет газ вплоть до энергии квантов порядка потенциала ионизации первых ионов, Ьи ~ 25 - 50 эВ В нашем случае перемешивание плазмы и газа примерно в равных соотношениях приводит к установлению Т, -2,5-3 эВ, повышается в 102- 103 раз (до уровня коэффициента поглощения в приосевой зоне кумуляции 0 1-1 см""1), а /Уф снижается в 3 - 10 раз Итак, развитие турбулентности полностью разрушающей прослойку ударно-сжатого газа изменяет термодинамические и оптические свойства переходной области и создает условия для облегчения выхода УФ и ВУФ-излучения из плазмы в невозмущенный газ С точки зрения применения данных разрядов как источников излучения это принципиально отличает плазмодинамические разряды в газе от разрядов типа линейно-стабилизированного поверхностного, взрывающихся проволочек, и источников излучения с использованием ВВ, в которых значительная часть полученного УФ-излучения поглощается ударно-сжатой прослойкой газа

Эффект модификации спектра излучения газодинамическими неустой-чивостями нашел подтверждение в прямом эксперименте Согласно развитым представлениям, следует ожидать, что потоки выходящего из плазмы вакуумного ультрафиолета максимальны вблизи головной части «плазменного поршня» и минимальны в приэлектродной зоне Потоки ВУФ-излучения в разных направлениях от плазмодинамичческого разряда были измерены при регистрации волны фотоионизации в смеси газов, различающихся потенциалами ионизации При известной концентрации примеси и основного

газа и скорость волн фото ионизации (по данным интерферометрии) определялись потоки излучения из различных зон п лазм один ам и чес ко го разряда в полосах поглощения соответствующих газов.

На рис, 4 представлена типичная интерферограмма о лазм о динамического излучающего разряда в смеси газов (Ые + Хе) для одного фиксированного момента времени, В течение всего разряда вблизи электродов нет признаков турбулизации, и здесь регистрируется более медленная, чем на других участках границы «плазма - газ» волна фотоионизации. В головной части «плазменного поршня» наблюдались характерные признаки гидродинамической неустойчивости и турбулизации: неровная граница плазма-газ, флуктуации электронной концентрации, выражающиеся в изгибе и размытии интерференционных полос. Для области в газе перед плазмой на интерферограммах регистрируется сдвиг полос, соответствующий полной ионизации примеси. Существенно, что в боковой и головной частях разряда, где проявляется эффект турбулентной модификации параметров плазмы и газа, потоки излучения в 3 — 10 раз больше, чем у электродов, где турбулизации отсутствует (рис.5).

Рис. 4. Интерферограмма с волнами фотоионизации для разряда в смеси неона (р~ 45 тор) и ксенона (р ~ 10 тор), ? - 1.8 мкс. Рис, 5. Потоки излучения от МГТК разряда для того же момента времени в двух диапазонах энергий квантов: а - для 20 < км < 41 эВ; б ~ для 12 </IV <20 эВ; 1, 2 - электроды, 3 - диэлектрик, 4 - излучающая плазма, 5 - область турбулентной модификации, 6 - тепловая волна ионизации примеси, 7 - тепловая волна ионизации газа, 8 - невозмущенный газ

Резкий сдвиг контурных полос на 2-4 мм от боковой поверхности электро разряди ой плазмы (рис.4) представляет собой волну фотоионизации в основном газе, которая отрывается от границы разряда на расстояние, боль-8

Т5

'^■шЧт/м1

6

шее, чем толщина фронта. Данные экспериментальные результаты подтверждают, что турбулентная модификация границы «плазма-газ» существенно облегчает радиационный перенос вакуумного ультрафиолетового излучения в окружающий невозмущенный газ. Согласно этим измерениям в ближней зоне разряда мощность источника излучения разряда достигает 7-10 МВт/см2 в ВУФ диапазоне спектра. В результате выполненного цикла исследований эмиссионных характеристик разрядов в смесях газов получены надежные сведения о поле излучения в ближней зоне разряда.

Параметры плазмы разряда. До данным интерферометрии удается определить поля распределения концентрации электронов плазмы в разряде, здесь (рис.6) регистрируется та же газодинамическая структура, что и на цтлирен снимках. Максимальная измеренная концентрация электронов достигает величины - 1,5-Ю19 см-3 в зоне МГД-компрессии потока - плазменного фокуса. Концентрация электронов в зоне торможения уменьшается в 1,5-2 раза, а учитывая значительно большие размеры зоны торможения, получено подтверждение тому факту, что эта зона должна иметь высокие и злу чате л ь-ные характеристики. Температура плазмы оценивалась двумя методами: спектральным и по измерению числа Маха в излучающем потоке. Для момента времени, предшествующего максимуму тока показано, что температура в потоке эрозионной плазмы диэлектриков, истекающей со скоростью V ~ 40 км/с составляет величину Т~ 6 эВ, Результаты измерений электронной температуры по двум спектральным линиям первого иона фтора (И!) показали, что в рассматриваемой зоне температура плазменного потока в начале разряда (г - 1,5 мке) достигает - 6,5 эВ. В дальнейшем она снижается до Т~ 4,5 эВ в конце полупериода разрядного тока; аналогичные результаты дает группа линий первого иона углерода.

Рис.6 Интерферо грамма и распределение концентрации электронов: неон, р ~ 20 тор; ? - 1.8 мкс

Рис 6 иллюстрирует выход волны фотоионизации в невозмущенный газ Оценка светового потока дает величину порядка ~ 5 МВт/см2 в диапазоне энергий квантов Ьм > 20 эВ, а плотность светового потока в этой зоне может приближаться к /0 ~ 10 МВт/см2 Оценка плотности гидродинамического потока энергии через фронт УВ имеет величину того же порядка (~ 8 МВт/см2) Таким образом, регистрируется сверхкритическая ударная волна, так как отношение светового потока к гидродинамическому потоку порядка или даже больше единицы Согласно теории Зельдовича Я Б и Райзера Ю П в этих условиях должно проявляться взаимное влияние газодинамики на излучение и влияние излучения на макроструктуру разряда

Четвертая глава посвящена анализу результатов исследований взаимодействия широкополосного излучения плазмодинамического разряда с конденсированным веществом (КВ) в газах

В настоящее время имеется огромный экспериментальный материал по взаимодействию мощного излучения с веществом для лазерного излучения с длинами волн Х= 10,6 мкм и X = 1,06 мкм Действие жесткого (с энергией квантов выше потенциала ионизации) лазерного излучения на конденсированное вещество практически не излучалось в виду отсутствия соответствующих источников мощного коротковолнового излучения При переходе к коротковолновым лазерам с энергией квантов, превышающей величину первого потенциала ионизации материала, происходит существенное изменение РПД-процессов на мишени Поглощение энергии излучения идет не только за счет обратного тормозного механизма, но и в результате прямой фотоионизации, при этом будет иметь место беспороговый механизм возникновения плазменного слоя у мишени, так как возникающие пары сразу же могут фо-тоионизоваться

Число экспериментальных работ, посвященных исследованию процессов взаимодействия широкополосного излучения с веществом не велико Прежде всего, это цикл расчетно-теоретических исследований В И Немчинова с соавторами и экспериментальные работы В Д Христофорова, И И Дивнова с сотрудниками В этих работах авторами в качестве источника мощного широкополосного излучения используются сильные ударные волны в газах, инициируемые взрывчатым веществом Такой источник в силу одно-разовости и чрезвычайно больших динамических нагрузок на конструкцию, вносит известные трудности в проведении физического эксперимента

В наших экспериментах для исследований процессов взаимодействия излучения с веществом в качестве источника излучения использовался плаз-модинамический разряд в газе Облучаемые мишени располагались под срезом ускорителя в ближней зоне разряда Использовались следующие методики диагностики процессов взаимодействия голографическая интерферометрия, фотографическая и шлирен регистрация Для анализа привлекались результаты полученные Кутыревым М В с помощью пъезодатчика, измеряв-

шего давление на облучаемых образцах и СФР-регистрация свечения приповерхностной светоэрозионной плазмы Согласно полученным результатам мощность потока излучения в зоне воздействия достигает нескольких МВт/см2 При этом как видно из шлирен-грамм и интерферограмм разряда (рис 7 а,б), реализуется режим «плазменного поршня» Регистрация свечения паров и давления на мишени показывает, что к моменту прихода ударной волны от разряда, давление паров на мишени достигает 5-10 атм , а регистрируемое свечение паров перед мишенью указывает на то, что их температура на уровне 104 К Так как между числом Маха в свеоэрозионных парах (М3) и отношением давления в КВ (р,) к давлению невозмущенного газа (р,) существует однозначное соответствие (Дж Найт 1979), то зная начальное давление [р\ = 0,72 атм), давление на поверхности (по датчику давления р, ~ 5 атм) число Маха равно М3 ~ 0,5, т е течение паров в этом случае дозвуковое, при этом температура паров имеет порядок ~ 3200 К, в то время, как она изменяется от 4000 К до 8000 К При таком увеличении температуры внутренняя энергия плазмы возрастает с £„ ~ 7 9 104 Дж/кг (для Т~ 4000 К) до е - 8 2 106 Дж/кг (Т~ 8000 К) Нагрев паров в этой зоне вызван поглощением ими жесткой компоненты спектра из излучения источника, а точнее из диапазона км = (6 - 8) эВ, для толщины паров ~ 1,5 мм и Ма ~ Ю18 см-3 Полагая, что увеличение внутренней энергии плазмы за счет нагрева составит £вн ~ 2 10б Дж/кг (Т~ 6000 К), получены оценки потока излучения источника в этом диапазоне на уровне £—0,5 Дж/см2, что соответствует потоку квантов Ф—1023 квант/с см2 (при средней энергии поглощенного кванта - 7 эВ, пары поглощают излучение в течении ~ 5 мкс), это оценка снизу, так как поглощенная энергия излучения расходуется и на увеличение кинетической энергии излучающего плазменного поршня

Результаты интерферометрии позволили определить распределение термодинамических параметров плазмы над мишенью Действительно, знание показателя преломления (концентрации электронов) и любого термодинамического параметра (например давления, определяемого по данным ин-терферограммам) позволяет рассчитать все остальные параметры плазмы, давление внутри плазменного слоя будет выровнено по высоте, так как скорость звука в плазме заметно выше скорости плазменного поршня

Из полученных результатов (рис 8) следует, что температура плазмы имеет максимум не у контактной границы, а внутри плазменного слоя Качественное объяснение этого факта связано с тем, что сечение фотоионизации убывает с частотой пропорционально - V-3, поэтому с продвижением в глубь паров доля высокоэнергетичных ионизирующих квантов возрастает, но и средняя энергия, сообщаемая при фотоионизации, так же увеличивается, что и приводит к росту температуры, так как за рассматриваемые времена теплопроводность заведомо не сможет выровнять возникающий перепад температур

Рис.7, а - общий вид процесс взаимодействия; неон, р = 550 тор, (~ 7,0 мкс; б — интерферограмма зоны взаимодействия излучения с А1 (слева) и фторопластовой мишеням я

тк{ N0 см 3 \

7000- - /-V 1

5000 X X1 ■2102

3000 ■1102

1000- пары А1 | --1-1 неон ^КГ

О 0,25 0,5 Хмм

Рис.8. Распределение параметров плазмы по высоте; Т - температура электронов, - концентрация электронов, КГ - контактная граница

В данном случае регистрируется волна фотоионизации, но теперь это волна движущаяся в парах, причем удается отождествить и макроструктуру фронта этой волны. Оцененный по скорости волны фотоионизации поток излучения падающий на мишень (в полосе поглощения паров), для алюминия в полосе спектра от 6 до 7 эВ составляет - 0,2 МВт/см",

Таким образом, наличие жесткой компоненты излучения широкополосного источника излучения приводит к тому, что максимум температуры плазмы находится внутри слоя, если давление среды слабо меняется по высоте, то при переменной температуре изменяется и электронная концентрация плазмы по высоте. В результате на шлирен-снимках для излучающих плазмодии ами чес к их разрядов в неоне внутри плазменного слоя наблюдаются темные полосы - зоны наибольших градиентов электронной концентрации плазмы. Эти градиенты обусловлены наличием в спектре источника излуче-

ния квантов превышающих потенциал ионизации. При отсечке ВУФ излучения распределение параметров плазмы по высоте будет равномерным и полосы внутри слоя регистрируются. Это наблюдалось для разряда в неоне с добавлением 2% воздуха, рис. 96, где в парах мишени нет темной полосы в отличие от рис. 9а (чистый неон)- Выполнен анализ механизма парообразования для типичных условий эксперимента. Пороги плазмообразования, механизм испарения в лазерных экспериментах представляют особый интерес и этим вопросам посвящено большое число работ. В настоящей работе анализ механизма парообразования основывался на сравнении испарения мишеней с различными теплофизическими свойствами под действием излучения регулируемого спектрального состава. Как известно, для образования приповерхностной лазерной плазмы необходимо выполнение двух условий; теплового (условие появления паров над мишенью) и ионизационного (условия для развития электронной лавины в парах). В проведенных экспериментах (при наличии в потоке излучения квантов с энергией выше потенциала ионизации материала мишени) второе условие выполняется сразу же с момента появления паров.

(№)„ "П БНЦ Си (СзЫ,, Тг БНЦ Си

Рис.9. Испарение группы мишеней под действием излучения разряда различного спектрального состава,

В процессе нагрева конденсированного вещества пары проходят стадии: а) от диффузионного режима движения к газодинамическому (критерием этого перехода является достижение поверхностью температуры, при которой давление паров над мишенью превышает давление фонового газа), б) от режима, когда подводимая энергия расходуется, в основном, на нагрев конденсированного вещества (тепло про водности ый режим) к режиму, когда все тепло идет на испарение (режим развитого испарения), последовательность перехода между этими режимами определяется интенсивностью падающего излучения. В проведенных экспериментах появление ударной волны над мишенью, (за которой регистрируется контактная граница между парами и фоновым газом), можно считать моментом перехода к газодинаыиче-

13

скому режиму испарения Сравнивая времена перехода к газодинамическому режиму испарения для материалов с различными теплофизическими свойствами (Л, х, Тисп и т д ) и в условиях воздействия излучения различного спектрального состава (hv < 20 эВ и /jv < 6 эВ) выполнен анализ динамики образования паров Необходимо отметить, что с переходом от ИК диапазона к видимому и далее в УФ и ВУФ-диапазон индивидуальные оптические свойства материалов проявляются сильнее, так как оптические характеристики здесь определяются межзонными переходами, которые индивидуальны Анализ последовательности смены режимов испарения в наших условиях способом, предложенным Воробьевым В С (1993), показывает, что на плоскости безразмерных параметров, связующей интенсивность лазерного излучения q и зависящую от нее величину L (L~E/*Jt) каждому металлу соответствует своя изотерма (Т~ 0,06 Ti, Т~ 0,07 Си и т д ) Пересечение кривой реального светового импульса, построенного в этих координатах, с изотермами дает информацию о динамике нагрева мишени (один и тот же световой импульс для каждого металла будет выглядеть по-своему в зависимости от теплофи-зических свойств металла) В птоскости L - q (рис 10) определены параметрические участки, разграничивающие эту плоскость на две области в первой- энергия отводится е основном потоком тепла — теплопроводностный режим, во второй - энергия расходуется на испарение - режим развитого испарения Показано, что интенсивное испарение всех исследованных материалов при наличии жестких квантов в спектре падающего широкополосного ВУФ излучения связано не с поверхностным, а объемным механизмом парообразования

0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 L*

Ti ----1---

2 2 5 25 2 75 «•"<=

At ,-1-■ *

2 3 4

Рис 10 Плоскость безразмерных параметров с[ - Ь* для алюминия, титана и меди (коэффициент поглощения <; = 1 0)

Измеренные по результатам интерферометрии параметры газового слоя и плазмы позволили определить энергетический баланс на облучаемой мишени, когда падающая на мишень световая энергия затрачивается на - прогрев поверхностного слоя мишени (тепловая волна), - образование слоя ударно сжатого газа, - увеличение энергии плазменного поршня, - отражение части энергии поверхностью облучаемой мишени

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработан и создан измерительно-диагностический стенд, позволяющий с высоким пространственно-временным разрешением проводить регистрацию динамических процессов в излучающих плазмодинамических разрядах и измерять поля оптических параметров плазменных потоков

2 Методами лазерной диагностики (лазерная голографическая интерферометрия и шлирен-регистрация) исследованы макроструктура плазмодинамических разрядов в газах и пространственно-временное распределение основных параметров плазмы

3 В сверхзвуковом излучающем плазменном потоке обнаружена сложная система ударных волн, показано, что на границе плазмы и газа развивается неустойчивость Кельвина-Гельмгольца, приводящая к созданию турбулентной «шубы» и существенной модификации характеристик периферийной зоны разряда (в частности, к ее «просветлению» в вакуумном ультрафиолете)

4 По впервые разработанной методике, основанной на определении скорости волны фотоионизации в смеси газов, проведены абсолютные измерения мощных (/<>> 106 Вт/см2) потоков вакуумного ультрафиолетового излучения, получено прямое подтверждение того, что турбулентная модификация контактной границы плазмы и газа значительно облегчает выход вакуумного ультрафиолетового излучения, измеренная мощность потоков излучения открытых плазмодинамических разрядов эрозионного типа в газах при умеренном энерговкладе (Ж0 < 10 кДж) достигает ~ 107 Вт/см2, что сравнимо с потоками излучения, получаемыми при взрывных экспериментах

5 В результате выполненного цикла экспериментальных исследований радиационно-плазмодинамических процессов взаимодействия широкополосного коротковолнового излучения с конденсированными средами показано, что в условиях эксперимента реализуется режим развитого испарения («плазменного поршня»), определены пространственно-временное распределения параметров плазмы в приповерхностном слое мишени, в плазме паров зарегистрирована волна фотоионизации и выполнены оценки излучательных свойств плазмодинамического разряда в полосе поглощения паров, анализ экспериментальных данных показывает, что в условиях эксперимента имеет место объемный механизм испарения твердотельных мишеней

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1 Камруков А С , Протасов Ю С , Щепанюк Т С О влиянии гидродинамических неустойчивостей на спектрально-яркостные характеристики открытых излучающих разрядов Эффект турбулентной модификации // Журнал технической физики - 1987 - Т 57, В 7 - С 1412-1416

2 Протасов Ю С , Чувашев С Н , Щепанюк Т С Экспериментальное исследование внутренней структуры излучающих плазмодинамических МПК разрядов в газах // Теплофизика высоких температур - 1990 - № 3 - С 444454

3 Эффект турбулентной модификации и транспортные свойства плазмодинамических разрядов в вакуумном ультрофиолете /ЮС Протасов, С НЧувашев, ТС Щепанюк и др // Теплофизика высоких температур -1992 -№ 2 -С 236-243

4 Высокояркостный импульсно-периодический источник УФ излучения на основе линейно-с габилизированого поверхностного разряда / С Н Бугримов, А С Камруков, Т С Щепанюк и др // Квантовая электроника -1986-Т 13, №1 -С 76-85

5 Протасов Ю С , Щепанюк Т С , Христофоров В В Термооптические характеристики диэлектриков в поле интенсивного излучения // Вестник МГТУ. Машиностроение - 2002 - № 4 - С 99-107

6 Protasov Yu S , Tschepanuk T S The Spectral Brightness Characteristics in VUV Spectral Range of Laser Plasma of Spatially Restricted Ablating Targets in Vacuum // XXIX European Conf on Laser Interaction with Matter Book of Abstracts - Madrid, 2006 - pp 273

7 Протасов Ю С , Щепанюк T С Экспериментальное исследование сильноточных плазмодинамических газоразрядных ячеек для модификации поверхности конструкционных материалов в средах высокого давления // 6-й Межд симп по теоретической и прикладной плазмохимии Сб трудов т 1 -Иваново, 2005 - С 521-525

8 Щепанюк Т С Об измерении интенсивных потоков вакуумного ультрафиолетового излучения в газово-плазменных средах // Труды Четвертой всероссийской национальной конференции по теплообмену - Москва, 2006

9 Щепанюк Т С Исследование радиационно-плазмодинамических процессов взаимодействия гиперзвуковых потоков излучающей плазмы с газовыми средами // Всероссийская конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики» Тезисы докладов - Москва, 2006 -С 81-84

10 Protasov Yu S , Tschepanuk T S Experimental research of interaction of hypersonic radiative dense plasma flows with gas media // V Int Conf Plasma Physics and Plasma Technology - Contributed Papers - V 1 -Minsk, 2006 - pp 181185

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1.0 динамике и макроструктуре светоэрозионных сильноточных излучающих плазмодинамических разрядов в газах.

1.2. О нелинейных радиационно-газодинамических эффектах взаимодействия ускоренных потоков излучающей плазмы с газовыми средами.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ И ДИАГНОСТИКА РАДИАЦИОННО-ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИПЕРЗВУКОВЫХ ПОТОКОВ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ПЛАЗМЫ С ГАЗОВЫМИ И КОНДЕНСИРОВАННЫМИ СРЕДАМИ.

2.1. Экспериментальный электрофизический стенд и экспериментальные условия.

2.2. Оптические методы исследования макроструктуры и динамики зоны взаимодействия ускоренных плазменных потоков с газовыми и конденсированными средами.

2.3. Экспериментальная технология, метрологическая поверка и юстировка диагностического оборудования для голографической интерферометрии, шлирен-регистрации плазмодинамических излучающих структур.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ТУРБУЛЕНТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТАКТНОЙ ГРАНИЦЫ «ПЛАЗМА - ХОЛОДНЫЙ ГАЗ».

3.1. Динамика и макроструктура зоны взаимодействия гиперзвуковых потоков излучающей плазмы сложного химического состава с газовыми средами.

3.2. Эффект турбулентной модификации и радиационные процессы в зоне взаимодействия.

3.3. Динамика и ударно-волновая структура внутренней (плазменной) области взаимодействия ускоренного потока плазмы сложного химического состава с газовой средой.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАДИАЦИОННО

ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНДЕНСИРОВАНИЕ

СРЕДЫ.

4.1. Сравнительный анализ результатов исследований радиационно-газодинамического взаимодействия широкополосного некогерентного излучения с конденсированным средами.

4.2. Экспериментальное исследование радиационно-газодинамического взаимодействия широкополосного излучения ускоренных плазменных потоков с конденсированными средами в газах.

1.1.0 динамике и макроструктуре светоэрозионных сильноточных излучающих плазмодинамических разрядов в газах

Сильноточные плазмодинамические излучающие разряды (СПДР). В настоящее время представляет большой научный и практический интерес разработка и создание мощных излучателей в видимой, ультрафиолетовой (УФ) и вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) областях спектра. Они необходимы для решения задач по созданию мощных лазеров видимого и ближнего УФ-диапазонов, полосы поглощения рабочих сред которых расположены в области ВУФ, а также при создании новых типов лазеров. Кроме того, такие источники применяются и для других целей - для исследования фотохимических реакций, процессов взаимодействия лучистых потоков большой мощности с конденсированными средами и др.

Наиболее общие требования, предъявляемые к этим источника связаны с возможностью достижения высоких яркостных температур (Гярк > 20000 К), получением больших размеров излучающей поверхности, обеспечением высоких КПД в требуемом спектральном диапазоне и формированием импульсов излучения с определенными временными параметрами. Эти задачи могут быть решены применением плазмодинамических сильноточных излучающих систем.

Низкотемпературная плотная плазма является мощным источником излучения в видимой, УФ и ВУФ-областях спектра. Наиболее распространенными методами получения плотной плазмы (Ne ~ 1017 - 1019 см-3) с температурой Те ~ 2 - 10 эВ в настоящее время являются: омический нагрев плазмы при протекании через нее больших импульсных токов и нагрев газа во фронте сильной ударном волны, создаваемой с помощью взрывчатых веществ.

Оптический нагрев плазмы наряду с преимуществами (управление длительностью и энергии разряда, возможность работы в импульснопериодическом режиме, технологичность) имеет и принципиальные ограничения. Для электрических разрядов характерен самосогласованный режим ввода энергии в среду, приводящие к ограничению плотности вводимом в канал электрической мощности (эффект «насыщения яркости» [1]), что связано с падением сопротивления плазмы при росте ее температуры. Кроме того возникают трудности при выводе коротковолнового излучения из зоны разряда, обусловленные экранировкой ВУФ излучения холодными слоями плазмы. Нетехнологичность источников излучения взрывного типа [2] сводит на нет их преимущество, заключающееся в ударно-волновом механизме нагрева плазмы, не имеющем прямых ограничений на уровне достижимых температур.

Можно сформулировать требования, предъявляемые к источникам излучения. Во-первых, ударно-волновой механизм нагрева плазмы; во-вторых, эффективный вывод жестких квантов из излучающей зоны; в-третьих, удобный способ накопления и ввода энергии.

Одним из возможных решений указанной задачи является применение магнито-плазменного компрессора (МПК) эрозионного типа. Здесь, запасенная в накопителе электрическая энергия посредством электромагнитного плазменного ускорителя переходит в кинетическую энергию высокоскоростного потока. Кинетическая энергия может различными способами переходить в тепловую энергию ударно-сжатой плазмы, что сопровождается излучением.

Конструктивно МПК выполняется в виде коаксиальных электродов, разделенных диэлектрической втулкой. Плазмообразующим веществом являются продукты эрозии электродов и абляции диэлектрической втулки. Ускорение плазмы осуществляется под действием пондеромоторных амперовых сил Fz=jrB^ возникающих при взаимодействии радиальных компонент разрядного тока с азимутальной составляющей собственного магнитного поля В. Процесс ускорения плазмы сопровождается электромагнитной кумуляцией потока вдоль оси системы. В зоне компрессии плазменный поток удерживается магнитным полем разряда. Для характерных значений энергий W0=lO кДж (С0 = 750 мкФ), вкладываемых в разряд, параметры плазмы для вакуумного МПК в зоне максимального сжатия составляют: Ne = 1019- Ю20 см-3 [3, 4], Те ~ 4 - 6 эВ [3, 4, 5]. С ростом энерговклада наблюдается стабилизация температуры плазмы за счет интенсивного радиационного охлаждения.

Рассмотрим основные типы плазмодинамических источников света на основе МПК разрядов.

Открытый вакуумный разряд. Результаты исследования этого типа разрядов представлены в работах [4-12]. Установлено, что примерно 70 - 90% всей излучаемой разрядом энергии приходится на вакуумную УФ область спектра, что обусловлено фоторекомбинационным континуумом характерных групп ионов, определяющих состав электроразрядной плазмы.

Максимальная яркостная температура излучения разряда достигается в далекой ВУФ- области спектра (hv>30 эВ). Экспериментально реализованы режимы разряда МПК с яркостной температурой в области hv=25-65 эВ на уровне шесть эВ [8,12]. Достижение высоких яркостных температур разряда в ВУФ области спектра определяются не столько механизмом нагрева плазмы в зоне компрессии, сколько способом вывода коротковолнового излучения из горячей излучающей зоны разряда. Эффективный вывод коротковолновых квантов из разряда обеспечивается тем, что среднемассовые скорости излучающей плазмы v2 намного превышают тепловые скорости vR, с которыми осуществляется радиальное расширение струи [13] и оптически плотный слом не образуется.

Радиально ограниченный разряд. В работах [14 - 16] наблюдалось существенное (в 2 раза) увеличение выхода УФ излучения при радиальном ограничении зоны компрессии плазменного потока прозрачными цилиндрическими стенками. Стенка ограничивает радиальное расширение в вакуум не проходящей через зону компрессии периферийной плазмы и позволяет не уменьшая коэффициент использования вещества увеличить плотность экранирующего слоя и создать условия и эффективной экранировки и переизлучения далекого ВУФ-излучения. Кроме того, происходит дополнительная газодинамическая фокусировка потока за областью компрессии, возникающей в результате отражения от стенок расширяющейся из зоны фокуса плазменной струи, что приводит к увеличению эффективной излучающей длины разряда.

Выше упоминалось, что наиболее ярко преимущества этого типа источников излучения проявляются в устройствах, где кинетическая энергия потока в результате вязкой диссипации переходит в тепловую энергию ударно сжатой плазмы и излучается с высокой эффективностью, достигающей, как следует из теоретических [17] и экспериментальных [18] работ 90%.

Такой способ получения излучения имеет следующие преимущества. Тер-мализация направленной кинетической энергии и нагрев плазмы осуществляется вне энергетического контура МПК. В результате снимаются ограничения на уровень удельного энерговклада в плазму, присущий омическому нагреву. Температура плазмы ограничена не электрической мощностью, рассеиваемой на омическом сопротивлении разряда, а величиной направленной скорости плазменного потока. Кроме того, динамические характеристики импульса излучения определяются временным профилем гидродинамического потока энергии струп в зоне торможения и могут существенно отличаться от характерных времен разряда RLC-контура. Еще одно преимущество ударно-волнового нагрева плазмы заключается в возможности эффективного управления эмиссионным спектром плазмы. Это связано с сильной зависимостью термодинамических параметров плазмы в зоне торможения от газодинамических параметров набегающего потока. Дополнительная возможность управления спектром излучения связана с варьированием химическим составом набегающего потока.

Разряд с осевым ограничением. Отмеченные выше преимущества реализуются в разряде с осевым ограничением при ударном взаимодействии плазменного потока с преградой в вакууме изучавшегося в [16, 19, 20]. Показано, что образующийся при торможении слон ударно сжатом плазмы является источником мощного непрерывного излучения с яркостной температурой 23-103 К в видимои и 25-Ю3 К в ближней УФ области спектра (W0=9,4 кДж), расстояние от среза МПК до преграды 150 мм). Яркостная температура ударно сжатой плазмы в ВУФ области спектра (hv = 12-70 эВ), измеренные открытыми ионизаци

1 Я онными камерами, составили ~ 32-10 - 39-10 К; полная энергия излучения ударно сжатого слоя в радиальном направлении -300 Дж.

Локализованный плазмодинамический разряд. В таком типе разряда осуществляется одновременно радиальное и осевое ограничение. В [21] показано, что импульс излучения разряда представляет собой суперпозицию импульсов излучения двух зон - зоны МГД - компрессии и зоны ударно сжатой плазмы. При соответствующем выборе энергетического режима и соответствующей организации процесса локализованный разряд позволяет формировать импульсы различной заданной формы и длительности, Достигнутые яркостные температуры разряда в видимой и ближней УФ областях спектра составляют 17-103 о

20-10 К соответственно.

Кумулятивный плазмодинамический разряд. Наиболее полно особенности ударного нагрева плазмы реализуются в кумулятивном плазмодинамическом разряде, основанном на ударном взаимодействии и кумуляции встречно направленных плазменных потоков [14, 21 - 25]. В этом случае динамические параметры светового импульса определяются временным профилем гидродинамического потока энергии плазменных струй в зоне взаимодействия [22] и слабо зависят от параметров разрядного контура. В этих экспериментах яркостная температура излучения в ближней УФ области составляет ~ 20-103 К (W0^6,5 кДж) при полном (в области прозрачности кварца световой выход -43% от запасаемой энергии, причем -50-60% излучаемой энергии приходится на ближний ультрафиолет. С увеличением энерговклада относительный световом выход остается примерно постоянный, а доля УФ-излучения в суммарном спектре увеличивается [23].

Торможение плазменных потоков может происходить на газовой преграде если разряд МПК происходит в среде. Так как этот тип разряда представляет для нас наибольший интерес рассмотрим его подробней.

Плазмодинамические разряды в газах. Нагрев плазмы можно осуществлять в результате термализации кинетической энергии плазменных потоков при их ударном взаимодействии с газовой средой, выполняющей функцию преграды. При развитии разряди МПК в газовой среде картина радиационно-газодинамических процессов существенно изменяется по сравнению с разрядом МПК в вакууме.

Для разряда МПК в газовой среде наблюдается образование в окружающем пространстве интенсивно излучающих ударно-волновых структур. Зона ударного торможения высокоскоростного плазменного потока в плотном газе имеет структуру описанную в работе [26]. В газ с начальной плотностью рго втекает плазменный поток с плотностью рш 0 и скоростью упл 0, структура зоны ударного торможения, в этом случае, имеет вид показанный на рис. 1.1. Параметры плазмы в областях 1 и 2 и газа в областях 3 и 4 связаны между собой соотношением Ренкина-Гюгонио для ударных волн. Здесь есть противоречие. Из дальнейшего ясно, что ударно сжатая плазма является мощным источником излучения, согласно экспериментальным данным [5, 27, 28] в излучение уходит 50% и больше от энергии плазменной струи. Поэтому параметры областей I и 2 нельзя связывать уравнениями Ренкина-Гюгонио, которые справедливы при выполнении закона сохранения. На этой ударной волне (так называемой «ударной волне с высвечиванием» [29]) справедливы только законы сохранения потока массы и импульса.

В [29] для таких воли получено следующее соотношение связующее параметры по обе стороны УВ:

Рпл.1 VIU1.1 И'плЛ^пл.О Рпл.О Упл.О ^плЛ это для случая если скорость УВ много больше скорости звука в покоящемся газе и при условии, что высвечивание значительно, что сопровождается заметным уменьшением температуры за УВ по сравнению с равновесным значением (в формуле R - универсальная газовая постоянная; |1Пл.1 - атомный вес в зоне ударно сжатой плазмы).

Вернемся к работе [5]. Полученные здесь выражения для параметров газа и плазмы во всех зонах, выраженные через параметры в невозмущенном газе (рго, рго, Тг0) и параметры набегающего плазменного потока ((рпл.о и vnjI о) в приближении сильной УВ (рпл\ » рплЛ и ргЛ » ргЛ) дают удовлетворительное согласие с экспериментом [30]. Поэтому их можно использовать для приближенных оценок.

Основываясь на экспериментальных данных параметры набегающего плазменного потока выражены через энергомощностные характеристики разрядного контура:

Рпл.О ~ к,

VTMTIK J f ттг \m VIU1.0 ^v

Is.

Чтмпк у где Wo - электрическая энергия, запасенная в конденсаторах; тМпк ~ характерное время разряда в МНК; кр, kv - постоянные размерные коэффициенты; 1 и ш - положительные безразмерные показатели, определяемые свойствами плазмообразующих веществ.

При анализе динамики энергобаланса выделяются два характерных режима течения в зависимости от начальных параметров процесса. Если плотность плазменного потока существенно ниже начальной плотности газа (рпл.о <<; Pro) реализуется режим торможения. В этой случае 70 - 90% кинетической энергии плазменного потока переходит во внутреннюю энергию ударно сжатой плазмы. Очевидно, что это и предельное значение светового КПД такого излучателя. г J 4

Рис 1.1 Газодинамическая структура зоны ударного торможения плазменного потока в плотном газе в одномерном рассмотрении.

Рис. 1.2 Тенеграмма линейно-стабилизированного поверхностного разряд

Основная доля излучения идет из зоны ударно сжатой плазмы. Если р^.о >рго реализуется режим разгона ударной волны наиболее эффективный при рпл 0 = рго. В этом случае КПД передачи кинетической энергии плазменного потока в энергию ударно сжатого газа максимален и достигает 50%.

В [75] был выполнен численный расчет разряда МПК в гелии. По данным этой работы разряд в газах формируется следующим образом. После пробоя межэлектродного промежутка вдоль поверхности диэлектрика растет энергосодержание возникшей плазмы и происходит оттеснение газа от диэлектрика с образованием УВ. Когда граница плазменного образования отходит от диэлектрика на расстояние порядка 0,3 - 0,5 диаметра анода, в слитной к оси области образуется зона высокоскоростного плазменного потека. Если до этого времени ток разряда протекал по поверхности раздела плазма - газ (существовала плазменная токовая оболочка толкавшая газ), то в дальнейшем 50 - 80% тока разряда замыкается в зоне ускорения у диэлектрика. Разряд напоминает вакуумный режим работы усорителя эрозионного типа.

Торможение радиально-неоднородного потока на деформируемой газовой преграде носит существенно двумерный характер: образуется коническая ударная волна во фонте которой увеличивается давление, температура, магнитное поле. Пройдя эту УВ поток приобретает радиальную составляющую скорости в 2-5 раз превышающую начальную. Это приводит к значительному повышению эффективности кумуляции на оси по сравнению с вакуумным МПК: в зоне компрессии срабатывается практически весь скоростной напор вместо 20-40% в вакуумном разряде, температура в плазменном фокусе повышается в 2-3 раза, растет излучение из фокуса. В зоне торможения со сжатием массы потока растут магнитные поля, и вокруг зоны ударно сжатой эрозионной плазмы образуются замкнутые токовые нити (петли). Со стороны эрозионной плазмы на газ действует суммарное давление равное напору потока, что согласуется с представлением плазменного поршня рассмотренной выше работы [75].

Экспериментальные исследования МПК разрядов в газах представлены в работах [27, 28, 30, 5]. На хронограммах [5] наблюдается конусообразный ударно-волновой фронт окружающий плазменную струю. В головной части УВ наблюдается неравномерно светящийся фронт, что объясняется пространственно-временной неоднородностью формирования разряда в начальной стадии и развитие в дальнейшем гидродинамических неустойчивостей. Отмечается, что скорость светящегося фонта, как и вся микроструктура течения, слабо зависит от рода газа, если начальные плотности совпадают и определяются в основной начальном энергетикой МПК, а также конфигурацией ускорителя.

Световой выход МПК разряда как установлено в результате исследования пространственно-временной структуры, определяется двумя зонами: зоной плазменного фокуса и зоной ударно-волнового взаимодействия плазменного потока с газовой преградой. В режиме разгона УВ рг0 < 1-Ю5 г/см3) в начальный период разряда (т < Т/8) интенсивность излучения из зоны плазменного фокуса значительно превышает яркость зоны ударного торможения. В дальнейшем происходит выравнивание интенсивности излучения из обеих зон.

5 3

С переходом в режим торможения рго >2-10 г/см ) возрастает интенсивность ударно волнового торможения и с самого начала разряда интенсивность свечения в этой зоне сравнивается с излучением из зоны плазменного фокуса, а в последующие моменты значительно превышает ее. С ростом плотности газа наблюдается увеличение интенсивности излучения зоны МГД-компрессии, что связано с интенсификацией ударно-волновых процессов при радиальном расширении электроразрядной плазмы и усилению фотоионизационных эффектов, приводящих к переизлучению из ВУФ области спектра в более длинноволновой диапазон.

По измерениям спектральной яркости выполненным в [5, 8] установление, что резкий рост яркостной температуры для инертных газов начинается с плотностей газа рго~2-10'5 г/см3, область оптимальных значений яркости достигается при плотности рго~(1-2)-10'4 г/см3. В этом случае максимальные величины спектральной яркости увеличиваются по сравнению с разрядами при низких плотностях в видимой области (hv ~ 2,5 эВ) в 3 раза, в ближней УФ-области (/zv~4,6 эВ) в 5 раз, а в ВУФ (/zv~ 8 эВ) в восемь раз и соответствуют яркостной температуре Тя ~ 38000. Максимальными яркостными характеристиками обладают разряды в аргоне.

В работе [28] с помощью пироэлектрического датчика с применением светофильтров определялось относительное распределение излучения по спектральным областям. Установлено, что такое распределение зависит от рода газа. В легком гелие имеющем высокий потенциал ионизации почти 80% всей излучаемой энергии лежит в ВУФ-области спектра. В тяжелых газах (Хе, Кг) доля ВУФ-излучения падает приблизительно до 30% с одновременным увеличением светового выхода в видимой (~30%) и ближней УФ-области (30 - 40%). Перестройка эмиссионного спектра вызвана экранировкой коротковолновой радиации и переизлучением ее в длинноволновых областях спектра. Изменяя газ в объеме можно управлять спектром разряда МПК.

Разряд МПК в воздухе нормальной плотности изучался в работе [30] исследовались динамические и излучательные характеристики разряда, интегральная энергия излучении в полосе прозрачности воздуха (X >186 нм) составила 45 - 50% от вкладываемой в плазму электрической энергии.

Обратимся к другим работам где исследовалась работа плазменных ускорителей в газовых средах. Наибольший интерес представляют работы Камель-кова с сотрудниками [31-34] и Минько [35]. В работах [32, 33] исследовался разряд в воздухе нормальной плотности в ускорителе коаксиальной геометрии (центральный штырь - катод; сходящийся конус - анод). Геометрия сопла рассчитана так, что при подаче напряжения пробой происходит с торца внутреннего электрода на вершину конуса внешнего электрода. К коническому электроду мог присоединяться цилиндрический насадок. Без такого насадка фронт свечения двигался не монотонно. Основная часть экспериментов была выполнена с цилиндрическим насадком.

Для объяснения механизма ускорения плазмы и формирования УВ в соответствии с работами [32], выполненными в водороде при низких давлениях (р = 1 2

10-10' Тор) предполагалось, что на оси разряда существует плазменный шнур, через который ток от центрального электрода течет к фронту струи (плазменному поршню) и оттуда на внешний электрод. Дня расчета траектории движения и скорости токового фронта исследовалась модель снегоочистителя в первом полупериоде и модель постоянной массы - во втором [33]. За исключением начальном стадии ускорения расчет дал удовлетворительное соответствие с экспериментом. Отметим, что полученные данные основывались только на хронограммах полученных с помощью СФР.

В работах [35, 36] исследовались сверхзвуковые плазменные струн создаваемые импульсным генератором при атмосферном давлении. Генератор представлял собой коаксиальную систему с глубоко утопленным центральным электродом и кольцевым электродом между которыми находится диэлектрический стакан. В таком устройстве происходит возрастание давления в разрядном объеме за счет омического нагрева плазмы в ограниченном пространстве и в результате сжатия плазмы собственным магнитным полем. В рассматриваемых экспериментах разряд происходил при атмосферном давлении в ограниченном объеме при сравнительно малых токах и определяющую роль, как на это указывают авторы, играло тепловое давление.

На фоторазвертках в начальной стадии разряда наблюдается резко выраженный скачок интенсивности свечения, который к концу разряда постепенно размывается, а на смену ему приходит серия чередующихся усилений и ослаблений интенсивностей свечения. Такую картину авторы объясняют исходя из представлений о течении сверхзвуковой струи в условиях недорасширения (давление на срезе сопла в струе больше внешнего давления). В этой сверхзвуковом струе образуются волны сжатия и расширения, сопровождающиеся ударной волной, наблюдаемой на фоторазвертках. Со светящейся ударной важной связал скачок скорости у плазменного потока.

Спектроскопическими методами зарегистрирован скачок плотности и температуры; совпадающий со светящейся ударной волной. В работе [37], где исследовался разряд в капилляре наблюдались аналогичные явления при истечении струи плотной плазмы из капилляра в атмосферу.

В целом число работ где изучались бы излучательные характеристики плазменных ускорителей в газах мало, и мелкомасштабная структура области взаимодействия плазмы с ударносжатым газом не изучалась. По сколько это может повлиять на излучательные характеристики разряда возникла необходимость более детально изучить структуру разряда.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан и создан экспериментальный стенд на основе сильноточного плазмодинамического ускорителя плазмы эрозионного типа с модулем оптической и спектрально-аналитической диагностики в газово-вакуумных условиях для исследования динамики и макроструктуры радиационно-газодинамических процессов взаимодействия гиперзвуковых потоков плазмы сложного химического состава с конденсированными и газовыми средами.

2. Решен комплекс диагностических и метрологических задач, связанных с:

- регистрацией оптических характеристик и неоднородностей в интенсивно излучающих пространственно-ограниченных плазменных потоках

- определением динамики макроструктуры контактной зоны«плазма -холодный газ» с высоким пространственно-временным разрешением

- лазерной голографической интерферометрией плазмы с визуализацией больших оптических полей

- инструментальной и аппаратурной технологией - шлирен-регистрации динамики плазменных потоков в газово-вакуумных условиях

- регистрацией интенсивных потоков ВУФ-излучения с плотностью

6 2 мощности, превышающей 10° Вт/см

3. В результате экспериментального исследования и анализа радиационно-плазмодинамических и спектрально-энергетических процессов взаимодействия ускоренных плазменных потоков с конденсированными и газовыми средами:

- изучены основные закономерности динамики макроструктуры зоны взаимодействия широкополосного излучения гиперзвуковых потоков плазмы с конденсированными средами в газовых условиях;

- получены новые экспериментальные данные по: а. динамике гиперзвуковых потоков светоэрозионной плазмы в газовых средах различного химического состава, б. макроструктуре и пространственно-временным полям распределения электронной концентрации и температуры плазмы, в. неустойчивостям сдвиговых течений излучающих потоков плазмы в неизученном диапазоне спектрально-энергетических и динамических параметров.

Полученные результаты являются необходимым для создания физико-технических основ разработок параметрического ряда плазмодинамических коротковолновых излучателей ВУФ-диапазона спектра, использующих эффект турбулентной модификации оптических характеристик ускоренных излучающих плазменных потоков.

4. В результате исследований динамики и макроструктуры волн развитого испарения и объемной ионизации экспериментально установлена связь регулировочных характеристик сильноточных плазмодинамических излучающих разрядов эрозионного типа в газах и условий проявления эффекта турбулентной модификации оптических характеристик плазмы в ряде спектральных УФ-ВУФ интервалов.

Показано, что на контактной границе ускоренного плазменного потока и газа развивается неустойчивость сдвиговых течений Кельвина-Гельмгольца, приводящая к созданию турбулентной зоны и существенной модификации оптических характеристик, в частности, к значительному увеличению оптической излучательной способности потока плазмы в ВУФ-области спектра.

5. Используя новую методику регистрации интенсивных потоков ВУФ-излучения, основанную на определении скорости волн фотоионизации основного газа и примесей, пространственно-временных и энергетических характеристик потоков ВУФ-излучения, показано, что потоки ВУФ-излучения, генерируемые плазмодинамическими излучающими разрядами в газах в ближней зоне

П 9 превышают ~10 Вт/см , что сравнимо с потоками коротковолнового излучения, генерируемых при взрывных экспериментах.

6. Показано, что гидродинамическая неустойчивость в области взаимодействия гиперзвуковых потоков излучающей плазмы и газовых сред может приводить к существенному изменению газодинамической структуры открытых плазмодинамических разрядов и модификации термодинамических и спек-трально-яркостных характеристик излучающей плазмы сложного химического состава. Турбулизация прослойки ударно-сжатого газа приводит к ее просветлению в УФ и ВУФ областях спектра и облегчению выхода коротковолновых и ионизирующих квантов в невозмущенный газ, что открывает новые возможности создания мощных селективных источников излучения несинхротронного типа с преимущественным высветом энергии в УФ и ближнем ВУФ диапазонах спектра.

7. Показано, что при генерации волн развитого испарения и фототермической ионизации возможно осуществление управляемого спектрально-энергетического режима радиационно-плазмодинамического воздействия на конденсированные и газовые среды различного химического состава.

1. Ванюков М.П., Мак А.А. Импульсные источники света большой яркости // Успехи физических наук. 1958. - Т.66, № 2. - С. 301-303.

2. Никулин М.А., Попов Е.Г. Излучательные свойства ударных волн в газах. М.: Наука, 1977. - 298 с.

3. Владимиров В.В., Дивнов И.И., Камруков А.С. и др. Магнитоплазмен-ный компрессор с взрывомагнитным генератором энергии // Журнал технической физики. 1980. -Т.50, № 7. - С. 1521-1525.

4. Козлов Н.П., Протасов Ю.С. О механизме формирования плазменного фокуса в магнитоплазменном компрессоре // Журнал технической физики. -1982. Т.52, № 8. - С. 1526-1537.

5. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Физические принципы плазмодинамических сильноточных излучающих систем // Плазменные ускорители и ионные инжекторы. М.: Наука, 1984. - С. 5-49.

6. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Динамика и излучение открытых (вакуумных) плазмодинамических разрядов типа «плазменный фокус» // Теплофизика высоких температур. 1982. - Т.20, № 2. - С. 359-375.

7. Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Радиационные свойства плотного плазменного фокуса // Теплофизика высоких температур. 1972. - Т.10, №65. -С.1319-1324.

8. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Спектр излучения плазменного фокуса в области энергии квантов 0,64-350 эВ // Доклады Академии Наук СССР. 1977. - Т. 237, № 6. - С. 1334-1337.

9. Камруков А.С., Козлов Н.П., Малащенко В.А. и др. Радиационные свойства плотного плазменного фокуса // Журнал технической физики. 1977. -Т.47, № 7. — С.1673-1682.

10. Зворыкин В.Д., Кашников Г.Н., Клементов А.Д. и др. Излучение плазменного фокуса магнитоплазменного компрессора в видимой и УФ-области спектра // Квантовая электроника. 1975. - Т. 2, № 8. - С. 2416-2420.

11. Анрианов A.M., Алексеев Ю.А., Казеев И.Н. и др. Получение мощных импульсных потоков плазмы в коаксиальном плазменном ускорителе с эрозией диэлектрика // Плазменные ускорители. М.: Машиностроение, 1973. С. 198200.

12. Зворыкин В.Д., Камруков А.С., Клементов А.Д. и др. Исследование излучения плазменного фокуса в ВУФ-области ионизационными камерами // Квантовая электроника. 1977. - Т.4, № 2. - С. 290-305.

13. Камруков А.С., Кашников Г.Н., Козлов Н.П. и др. О возможности создания высокояркостных источников далекого ультрафиолета на основе гиперзвуковых потоков плотной плазмы // Письма в Журнал технической физики. -1976.-Т. 2.-С. 447-450.

14. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Плазмодинамические источники сплошного спектра // Доклады Академии Наук СССР. 1978. - Т. 239, №4.-С. 831-835.

15. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. О радиальном ограничении зоны фокуса магнитоплазменного компрессора // Теплофизика высоких температур. 1978. - Т. 16, № 2. - С. 268-275.

16. Камруков А.С., Кашников Г.Н., Козлов Н.П. и др. О возможности увеличения спектрального КПД плазмодинамических разрядов в видимой и УФ-областях спектра // Письма в Журнал технической физики. 1976. - Т. 2, № 4. -С. 176-180.

17. Бергельсон В.И., Неминов И.В. Об излучении, возникающем при ударе о преграду слоя газа с очень большими скоростями // Прикладная математика и техническая физика. 1978. - № 6. - С. 32-39.

18. Камруков А.С., Козлов Н.П., Мышелов Е.П. и др. Экспериментальное исследование эффективности процессов преобразования кинетической энергии гиперзвукового потока плотной плазмы в излучение // Физика плазмы. 1981. -Т. 7, №6.-С. 1234-1242.

19. Козлов Н.П., Малащенко В.А., Протасов Ю.С. Излучательные характеристики зоны взаимодействия гиперзвуковых плазменных потоков с преградами в области вакуумного ультрафиолета // Журнал прикладной спектроскопии. 1977.-Т. 27, № 1.-С. 28-31.

20. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Исследование процессов ударного торможения гиперзвуковых потоков плотной плазмы // Теплофизика высоких температур. 1978. - Т. 16, № 6. - С. 1235-1243.

21. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Динамика и излучение локализованных плазмодинамическихразрядов //Журнал технической физики-1981.-Т. 51,№4.-С. 736-748.

22. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. Динамика и излучение кумулятивных плазмодинамических разрядов // Физика плазмы. 1979. - Т. 5, № 2. - С. 368-378.

23. Камруков А.С., Козлов Н.П., Кузнецов С.Г. и др. Высокояркостный источник УФ-излучения на основе кумулятивного плазмодинамического разряда // Квантовая электроника. 1982. - Т. 9, № 7. - С. 1429-1439.

24. Камруков А.С., Кашников Г.Н., Козлов Н.П. и др. Кумулятивный плазмодинамический реактор для лазерных и фотохимических исследований // Квантовая электроника. 1983. - Т. 10, № 9. - С. 1793-1805.

25. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. и др. Радиационно-газодинамические процессы в кумулятивных плазмодинамических МПК-разрядах // Журнал технической физики. 1985. - Т. 55, № 3. - С. 533-541.

26. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. и др. О возможности создания высокояркостных источников излучения на основе ударного торможениягиперзвуковых плазменных потоков в плотных газах // Журнал технической физики. 1982. - Т. 52, № 11. - С. 2314-2318.

27. Камруков А.С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С. и др. Высокояркостные источники теплового ВУФ-излучения на основе плазмодинамических МПК-разрядов в газах // Теплофизика высоких температур. 1989. - Т.27, В.1. -С.152-170.

28. Шашковский С.Г. Об управлении эмиссионным спектром сильноточных разрядов МПК в инертных газах // V Всесоюзная конференция по плазменным ускорителям и ионным инжекторам: Тез. докл. М.: Наука. - 1982. -С. 12-13.

29. Дибай Э.А., Каплан С.А. Размерности и подобие астрофизических величин. М.: Наука, 1976. - 400 с.

30. Семенов A.M. Динамика и излучение сильноточных плазмодинамических разрядов МПК в воздухе // V Всесоюзная конференция по плазменным ускорителям и ионным инжекторам: Тез. докл. М.: Наука. - 1982. - С. 30-31.

31. Комельков B.C., Скворцов Ю.В., Терещенко В.Н. Направленные ударные волны в мощных искрах // Журнал технической физики. 1963. - Т. 33, №3.-С. 719-723.

32. Васильев B.JL, Комельков B.C., Скворцов Ю.В. и др. Устойчивый динамической токовый шнур // Журнал технической физики. I960 - Т. 30, № 7. -С. 756-768.

33. Комельков B.C., Модзолевский В.И. Формирование плазменной струи в воздухе при атмосферном давлении // Журнал технической физики. 1971. -Т. 41, №5.-С. 963-871.

34. Скворцов Ю.В., Комельков B.C., Царевитиков С.С. Структура магнитных полей в плазменной струе с собственным токами // Журнал технической физики. 1964. - Т. 34, № 6. - С. 965-973.

35. Минько JI.Я. Получение и исследование импульсных плазменных потоков. Минск: Наука и техника, 1970. - 184 с.

36. Гречихин Л.И., Минько Л.Я. Изучение структуры сверхзвуковой плазменной струи и механизма ее образования // Прикладная математика и техническая физика. 1965. -№ 3. - С. 77-80.

37. Демидов М.И., Огурцова Н.И., Подмошенский И.В. Импульсное черное тело на 40000 К с длительностью Ю-5 секунды // Журнал прикладной спектроскопии. 1970. - Т. 12, В.2. - С. 365-376.

38. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С. и др. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970. - 125 с.

39. Рыкалкин И.Н., Углов А.А., Копора Л.Н. Лазерная обработка металлов. М.: Машиностроение, 1975. - 215 с.

40. Виленская Г.Г., Немчинов Л.В. Явление вспышки поглощения, последующего разрыва и движения плазмы в слое паров, образовавшейся под действием луча ОКГ // Журнал прикладной спектроскопии. 1989. - Т. 11, № 4. -С.637-643.

41. Виленская Г.Г., Немчинов Л.В. Явление вспышки поглощения излучения ОКГ и связанные с ней газодинамические эффекты // Доклады Академии Наук СССР.- 1969.-Т. 186, № 10.-С. 1048-1050.

42. Гноевой Я.Т., Петрухин А.И. // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1970. - Т. 11. - С. 440-443.

43. Афанасьев Ю.В., Крохин О.Н Газодинамическая теория воздействия лазера на конденсированные вещества // Труды ФИАН, 1970. Т.52. - С.118.

44. Батанов В.А., Бункин Ф.В., Прохоров A.M., Федоров В.Б. Испарение металлических мишеней мощным оптическим излучением // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1972. - Т. 63, № 5. -С. 586-593.

45. Балашов Е.И., Бонч-Бруевич A.M., Гагарин А.П. и др. Экспериментальное исследование экранировки в парах А1 // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1973. - Т. 17, №7. - С. 341-344.

46. Лосева Т.В., Немчинов И.В. Дозвуковые радиационные волны // Квантовая электроника. 1982. - Т.9, № 7. - С. 1373-1378.

47. Козик Е.А., Лосева Т.В., Немчинов И.В., Новикова В.В. Дозвуковые радиационные волны, распространяющиеся от преграды навстречу излучению С02-лазера // Квантовая электроника. 1978. - Т. 5, № 10. - С. 2138-2147.

48. Бергельсон В.И., Лосева Т.В., Немчинов И.В. Численный расчет задачи о распространении по газу навстречу потоку светового излучения плоской дозвуковой радиационной волны // Прикладная математика и техническая физика. 1974.-№ 4. - С. 22.

49. Райзер Ю.П. О возможности поджигания бегущей лазерной искры при интенсивностях светового луча, много меньших пороговой для пробоя // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1968. -Т. 7, № 2. - С. 73-76.

50. Козлова Н.И., Маркович И.Э., Немчинов И.В. и др. Экспериментальное исследование взаимодействия излучения ОКГ с преградой в воздухе // Квантовая электроника. -1975. Т. 2, № 9. - С. 1930-1941.

51. Немчинов И.В. Разлет плоского слоя газа при постепенном выделении энергии // Прикладная математика и техническая физика. -1961. № 1. - С.17-26.

52. Немчинов И.В. / В сб.: Механика сплошной среды и родственные проблемы анализа. М.: Наука, 1972. - 337 с.

53. Кролл В.М., Немчинов И.В. Автомодельные движения газа, нагреваемого неравновесным излучением сплошного спектра // Прикладная математика и техническая физика. 1968. Т. 5. - С. 32-37.

54. Немичнов И.В. Об осредненных уравнениях переноса излучения и их использовании при решении газодинамических задач // Прикладная механика и математика. 1970. - Т. 34, № 4. - С. 706-721.

55. Бергельсон В.И., Немчинов И.В., Новикова В.В. «Горение» конденсированного вещества под действием излучения сплошного спектра // Физика горения взрыва. 1975. - Т. 11, № 5. - С. 730-734.

56. Бергельсон В.И., Немчинов И.В. Нагрев разлетающейся плазмы излучением сплошного спектра // Физика плазмы. 1981. - Т. 7, В.2. -С. 340-349.

57. Жариков И.Ф., Немчинов И.В., Цикулин М.А. Исследование воздействия на твердое вещество светового излучения, полученного при помощи источника взрывного типа // Прикладная математика и техническая физика. 1967. -№ 1,-С. 31-44.

58. Попов Б.Г., Провалов А.А., Цикулин М.А. Самоэкранирование поверхности тел от мощного излучения// Доклады Академии Наук СССР. 1970Т. 194,№4.-С. 805-806.

59. Физика быстропротекающих процессов / Под ред. К.А.Златина. М.: Наука, 1971.-Т.1.-358 с.

60. Подмошенский JI.B., Бердин А.Г. Формирование светом поверхностного разряда // Журнал технической физики. 1983. - Т.53, № 9. - С.1201.

61. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968.-286 с.

62. Зайдель А.Н., Островская Г.В. Лазерные методы исследования плазмы- М.: Наука, 1977. 222 с.

63. Rompe R., Steenbe М. Progress in Plasma and Gas Ebetronics. V.l. Berlin: Akademie - Verlag, 1973. -292 p.

64. Островская Г.В., Островский Ю.И. Топографическое исследование лазерной искры // Письма в Журнал экспериментальной и технической физики. -1966.-Т. 4, № 1.-С. 121.

65. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. и др. Голография лазерной искры с временным разрешением // Журнал технической физики. -1966.-Т. 36, № 12. С. 2208-2210.

66. Jahoda F.C., Jaffries R.A., Sawyer G.A. Fractional-fringe holographie plasma interferometry // Appl. Opt. 1967. - V.6, pp.1407.

67. Долгов-Савельев Г.Г., Менделыптам C.JI. Плотность и температура газа в искровом разряде // Журнал экспериментальной и технической физики-1953.-Т. 24, №3.-С. 691-698.

68. Виноградова А.К., Виноградов В.П., Морозов А.И. и др. Измерение плотности плазмы в магнитоплазменном компрессоре // Журнал технической физики. 1974. - Т. 44, № 3. - С. 668-670.

69. Асташинский В.М., Костюкевич Е.А. Интерферометрические исследования области компрессии магнитоплазменного компрессора // Физика плазмы. 1981. - Т. 7, № 3. - С. 523-528.

70. Алексеев Ю.А., Казеев М.Н. Приизоляторные процессы в ускорителях плазмы с эрозией диэлектрика. М., 1978. 20 с. (Препринт ИАЭ им. И.В.Курчатова).

71. Алексеев Ю.А., Казеев М.Н. Численное моделирование двумерных течений в импульсных плазменных ускорителях // Физика плазы. 1981. -Т. 7, № 5. - С.258-267.

72. Дацкевич Н.П., Карлов Н.В., Кононов Н.Н. и др. Исследование пробоя в Аг и Не при низких давлениях излучением С02-лазера // Физика плазмы. -1984.-Т.10,№4.-С. 762-768.

73. Ашмарин Ю.А., Белковский Н.Н., Дектяренко В.Ф. и др. Исследование пробоя газа перед лазерным факелом методом импульсной голографии // Журнал технической физики. 1971. - Т. 41, № 11. -С. 2369-2377.

74. Арделян Н.В., Камруков А.С., Козлов Н.П. и др. Численное моделирование нестационарных МГД-процессов в гелии сверхзвуковой струи электроэрозионной фторуглеродной плазмы. М.: 1986. 24 с. (Препринт ИПМ АН СССР; № 62).

75. Дацкевич И.П., .Карлов Н.В, Кузьмин Н.Н. и др. Голографическая интерферометрия газодинамического схлопа С02-лазераной плазмы вблизи мишени//Квантовая электроника. 1985.-Т. 12, № 10. - С.2029-2041.

76. Антонов Е.А., Гнатюк JI.H., Степанов Б.М. и др. Аппаратура для голо-графического исследования электрического взрыва проводника //Приборы и техника эксперимента. 1972, № 3. - С. 212-213.

77. Антонов Е.А., Гнатюк JI.H., Степанов Б.М. и др. Исследование электрического взрыва проводника методами голографии // Теплофизика высоких температур. 1972. - Т. 10, № 6. - С. 1210-1214.

78. Никашин В.А., Рухман Г.И., Сахаров В.К. и др. Применение голографии для исследования разряда в импульсном источнике света // Теплофизика высоких температур. 1969. - Т. 7, № 10. - С. 1198-1200.

79. Гинзбург В.М., Степанов Б.М., Филенко Ю.И. Исследование разрядов в импульсных лампах голографическими методами //Радиотехника и электроника. 1972. - Т. 17, № 12. - С. 2219-2220.

80. Васин Б.Л., Ерохин А.А., Зорев Н.Н. и др. Нагрев и сжатие сферических мишеней, облучаемых лазером // Труды ФИДН. 1974. -Т. 133.-С. 51-145.

81. Giulietti A., Giulietti D., Lucchesi М. Converging shock on laser plasma: density profiles by holographis interferometry //Opt. Communs. 1983. V. 47, №2. -PP.131-136.

82. Bulter F., Henins I., Jahoda F.C. Coaxial snowplow discharge. Phys. Fluids. - 1969. - V. 12. - PP. 1904-1916.

83. Бурманов А.П., Островская Г.В. Интерференционно-голографическое исследование плазменной струи с помощью основной частоты и второй гармоники рубинового лазера // Журнал экспериментальной и теоретической физики.- 1970. Т. 40, № 3. - С. 660-661.

84. Бурманов А.П., Зайков В.А., Новик Г.М. Исследование импульсной плазменной струи методом голографической интерферометрии. / В кн.: Теоретическая физика (Физика плазмы). Минск: ИФ АН БССР. 1985. - С. 75-76.

85. Бурманов А.П., Авраменко В.Б., Лабуда А.А. и др. Применение голо-графической интерферометрии для диагностики эрозионных импульсных плазменных ускорителей / В кн.: Проблемы голографии. Вып. 3. М.: Наука, 1973. -С. 43-45.

86. Бурманов А.П., Лабуда А.А., Лутковский В.М. Изучение высокочастотных пульсаций температуры струи плазмотрона вихревой схемы методом голографической интерферометрии // Инженерно-физический фурнал. 1975. -Т.29, № 3. - С. 499-503.

87. Асташинский В.М., Баканович Г.И., Минько Л.Я. Исследование динамики взаимодействующих с преградой компрессионных плазменных потоков // Физика плазмы.-1984.-Т. 10.-С. 1058-1063.

88. Ельяшевич М.А., Лабуда А.А., Минько Л.Я. и др. Генерация высокоскоростных плазменных потоков импульсными ускорителями на основе явления электрического взрыва проводников и эрозии диэлектриков // Доклды Академии Наук БССР.-1972.-Т. 16, №2.-С. 115-117.

89. Техника больших импульсных токов и магнитный полей. / Под ред. В.С.Комелькова. М.: Машиностроение, 1970.-472 с.

90. Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. М.: Машиностроение, 1972. 258 с.

91. Грибков В.А., Коржавин В.М., Курбатов В.А. Методика исследования инфракрасного излучения плазменного фокуса. 1978. - 28 с. (Препринт ФИАН № 125).

92. Островский Ю.И. Голография и ее применение. Л.: Наука, 1973.480 с.

93. Захаренков Ю.А., Зорев Н.Н., Рупасов А.А и др. Динамика плазменной короны сферических мишеней, облучаемых лазером // Труды ФИАН. 1983. -Т. 133.-С. 146-188.

94. Ерохин А.А., Захаренков Ю.А., Зорев Н.И. и др. Методы оптического зондирования неоднородной плазмы//Труды ФИАН им. Р.Н.Лебедева. 1985Т. 149.-С. 97-124.

95. Нестерихин Ю.Е., Солоухин Р.И. Методы скоростных измерений в газодинамике и физике плазмы. М.: Наука, 1967. - 214 с.

96. Пирс У.Д. Расчет распределения по радиусу фотонных излучателей в симметричных источниках / В кн.: Получение и исследование высокотемпературной плазмы. М.: Иностранная литература, 1962. - 221 с.

97. Грибков В.А. Численная обработка интерферограмм. М., 1977. -38 с. (Препринт ФИАН им. Р.Н.Лебедева, № 53).

98. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.В. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. -686 с.

99. Кузнецов Н.М. Термодинамическая функция и ударные адиабаты воздуха при высоких температурах. М.: Машиностроение, 1965. - 456 с.

100. Горбацкий В.Г. Космическая газодинамика. М.: Наука, 1977.360 с.

101. Абрамович Т.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976888 с.

102. Анисимов С.И., Зельдович Я.Б. Релей-Тейлоровская неустойчивость границы между продуктами детонации и газом при сферическом взрыве // Письма в Журнал технической физики. 1977. - Т.З, № 20. - С. 1081-1084.

103. Данилычев В.А. Зворыкин В.Д. Экспериментальное исследование ра-диационно-газодинамических процессов, развивающихся под действием мощных лазерных импульсов // Труды ФИАН. 1983. - Т. 142. - С.117-171.

104. Физика и техника низкотемпературной плазмы. Ред. С.В. Дресвин. -М.: Наука, 1972.-424 с.

105. Минзон Б.М. Ударные волны от протяженных световых разрядов в воздухе // Журнал технической физики. 1984. - Т. 54, В. 11. - С. 2283-2286.

106. Протасов Ю.С. О стабилизации электронной температуры плазмы в зоне компрессии МПК // Журнал технической физики. 1978. - Т.48, В.З. -С. 502-508.

107. Методы исследования плазмы / Под ред. В.Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1971.-553 с.

108. Гримм Г. Спектроскопия плазмы. М.: Атомиздат. - 1969. - 452 с.

109. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.". Наука, 1982. - 375 с.

110. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения. М.: Изд. АН СССР, 1963.-418 с.

111. Берченко Е.А., Поташкин М.Н., Собачев А.П. и др. Устойчивость волн поглощения лазерного излучения и механизмы их турбулизации // Квантовая электроника. 1983. - Т. 10, № 12. - С. 2456-2464.

112. Зеленов Е.В., Кукушкин А.Б., Леонов С.Б. и др. Моделирование тепловых явлений в эрозии материалов диафрагмы токамака // Журнал технической физики. 1987. -Т.57, В.8. - С. 1497-1506.

113. Богаченков Е.Е., Дюшенбиев У.А., Кошканбаев У.А. Взаимодействие потоков плазмы с дивертором в термической фазе срыва // Физика плазмы. 1993. - Т. 19, В.8. - С. 963-971.

114. Бергельсон В.И., Немчинов И.В., Орлова Т.Н. и др. Автомодельное развитие предвестника перед ударной волной, взаимодействующей с тепловым слоем // Доклады Академии Наук СССР. 1987. - Т. 296, №3. - С.554-557.

115. Киселев Ю.И., Клумов В.А., Рождественский В.Б. и др. Исследование образования пристеночных возмущений при распространении ударных волн в трубах из различных материалов // Журнал математики и технической физики. -1986. В.4. - С.116-120

116. Добкин А.В., Немчинов И.В. О влиянии длины волны лазерного излучения на параметры образующейся плазмы // Письма в Журнал технической физики. 1984. -Т.10, В.23. - С.1426-1430.

117. Лосева Т.В., Немчинов И.В. Волны светового горения и световой детонации, поддерживаемые излучением сплошного спектра // Журнал прикладной спектроскопии. 1989. - В.2. - С.254-259.

118. Киселев Ю.Н., Христофоров Б.Д., Цикулин М.А. Низкотемпературная плазма в космосе и на Земле. М.: ВАГО, 1977. - С.234-235.

119. Бергельсон В.И., Немчинов И.В. Параметры плазмы, образующейся под действием микросекундных импульсов излучения лазеров на алюминиевую преграду в вакууме // Квантовая электроника. 1978. - Т.5, В. 10. - С.2123-2131.

120. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н., Щепанюк Т.С. и др. Эффект турбулентной модификации и транспортные свойства плазмодинамических разрядов в вакуумном ультрафиолете // Теплофизика высоких температур. 1992. - Т.ЗО,1. B.2.-С.236-243.

121. Кисилев Ю.Н., Немчинов И.В., Самонин C.JI. и др. Разрушение поверхности твердых тел под действием излучения сильноточного разряда. Тр. IV Всесоюзной конф. «Динамика излучающего газа». Т.1. М.: Изд-во МГУ. -1981. С.5-8.

122. Борец-Первак И.Ю., Воробьев B.C. Пороги образования приповерхностной плазмы при воздействии импульсного лазера на металл // Квантовая электроника. 1995. -Т.22, В.4. - С.374-376.

123. Токер Г.Р. Простая газодинамическая модель взаимодействия лазерного излучения с поглощающей поверхностью- М.: 1986. 26 с. (Препринт ИОФАН, в. 362).

124. Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. - 424 с.

125. Бойко Ю.В., Гришин Ю.М., Камруков А.С. и др. Термодинамические и оптические свойства ионизированных газов при температурах до 100 эв. М.: Энергратомиздат, 1989. 455 с.

126. Данилов Е.О., Данилычев В.А., Долгих В.А. и др. Испарение мишеней и формирование волн поглощения в воздухе под действием УФ лазерного излучения // Квантовая электроника. 1988. - Т.15, В.12. - С.2568-2574.

127. Баранов В.Б., Краснобаев К.В. Гидродинамическая теория космической плазмы. М.: Наука, 1977. - 336 с.

128. Козлов М.Г. Спектры поглощения паров металлов в вакуумном ультрафиолете. М.: Наука, 1981. - 326 с.

129. Найт Ч. Дж. Теоретическое моделирование быстрого испарения при наличии противодавления // Ракетная техника и космонавтика. 1979. - В.5.1. C.81-86.

130. Воробьев B.C. Плазма, возникающая при взаимодействии лазерного излучения с твердыми мишенями // Успехи физических наук. 1993 . -Т. 163,1. B.12.-С.51-84.

131. Борович Б.Л., Зуев B.C., Катулин В.А. и др. О возможности генерации вакуумного ультрафиолета перед фронтом ударной волны при оптической накачке молекул ксенона // Итоги науки и техники. Радиотехника. М.: ВИНИТИ, 1978.-С. 89-104.

132. Камруков А. С., Козлов Н.П., Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. О критериях подобия ударноволновых структур плазмодинамических разрядов МПК в газах // Прикладная математика и техническая физика. 1985. - № 4.1. C.95-100.

133. Козлов Н.П., Лесков Л.В., Протасов Ю.С., Хвесюк В.И. Экспериментальное исследование плазменного фокуса в ускорителях эрозионной плазмы // Журнал технической физики. 1973. - Т.43, В.4. - С.740-748.

134. Афанасьев Ю.В., Гамалий У.Г., Крохин О.Н. и др. Устойчивость течения плазмы вблизи фронта тепловой волны электронной теплопроводности // Краткие сообщения по физике. ФИАН. 1976. -№ 5. С.17-22.

135. Гамалий У.Г., Розанов В.Б., Самарский А.А. и др. Гидродинамическая устойчивость сжатия сферических лазерных мишеней // Труды ФИАН. -1982. Т.134. - С.73-83.

136. Протасов Ю.Ю., Телех В.Д. Термодинамические, оптические и транспортные свойства рабочих веществ плазменных и фотонных энергетических установок. Часть Ш. М.: Изд-во МГТУ, 2001. - 438 с.