Наблюдение ионного звука при сильной ленгмюровской турбулентности замагниченной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Г.И. Будкера СО РАН

НАБЛЮДЕНИЕ ИОННОГО ЗВУКА ПРИ СИЛЬНОЙ ЛЕНГМЮРОВСКОЙ

ТУРБУЛЕНТНОСТИ ЗАМАГНИЧЕННОЙ ПЛАЗМЫ

01.04.08 - физика и химия плазмы АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК—1997

Работа выполнена в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

Вячеславов Леонид Николаевич

Кругляков Эдуард Павлович

кандидат физ.-маг. наук, Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

член-корреспондент РАН, доктор физ.-мат. наук, Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск,

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Койдан

Василий Семёнович

Щеглов

Джолинард Андреевич

доктор физ.-мат. наук, Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск, доктор физ.-мат. наук, РНЦ "Курчатовский Институт г. Москва.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Институт автоматики и алещх» СО РАН г. Новосибирск.

Защита диссертации состоится " -¿^-¿^-¿-Р 1997 г. в часов на заседании диссертационного совета Д.002.24.02 при ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90, проспект академика Лаврентьева, 11. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН.

Автореферат разослан Учёный секретарь

диссертационного совета академик РАН

Б.В. Чириков

Общая характеристика работы

львость работы. Ленгмюровская турбулентность является сетом интенсивных теоретических и экспериментальных дований учёных многих стран мира. Многочисленные риментальные исследования обнаруживают проявления юровский турбулентности в ядрах галактик, межзвёздных ах, короне Солнца, магнитосфере Земли и практически всех т солнечной системы. В лабораторной плазме сильная Юровская турбулентность возбуждается при инжекции ронных пучков, а также в экспериментах по взаимодействию ых потоков электромагнитного излучения с плазмой. Несмотря гсьшой прогресс в теории ленгмюровской турбулентности, работы писанию сильной ленгмюровской турбулентности плазмы в [тном поле очень немногочисленны. Эксперименты по ьному изучению ключевых характеристик турбулентности -ранственных и частотных спектров колебаний черезвычайно л для развития теории.

гковолновые ионно-звуковые колебания, генерируемые при лее играют существенную роль в процессах нелинейной формации спектральной энергии сильной ленгмюровской тентности. в неизотермической плазме.

работы. Целью диссертационной работы являлось исследование гного спектра турбулентности, возбуждаемой релятивистским ронным пучком в замагниченной пдазме, И в . изучении ранственного спектра коротковолновых ионно-звуковых аний, сопровождающих сильную ленгмюровскую иентность.

кая новизна. Частотный спектр леншюровских колебаний, ждаемых в плазме релятивистским электронным пучком измерен эвиях большого потока энергии, переносимого турбулентностью гной плазме.

1ространственный спектр коротковолновых ионно-звуковых аний, сопровождающих сильную ленгмюровскую тентность, измерен в условиях, когда наличие магнитного поля гея фактором, определяющим дисперсию ленгмюровских аний. Возбуждение высокого уровня коротковолновых ионно-

звуковых колебаний является подтверждением реализации р сильной ленгмюровской турбулентности плазмы в магнитном по Практическая ценность. Метод коллективного рассеян; использованием фильтра-пробки для поглощения параз! излучения и прямым детектированием рассеянного излучения п реализации и может быть использован для регистрации сп< колебаний в плазме термоядерных установок в широком диа1 параметров. Полуденные экспериментальные данные по опреде. характерного размера коллапсирующей каверны в момег остановки могут быть использованы при проверке существую! построении новых моделей сильной ленгмюровской турбулеш плазмы в магнитном поле.

Апробация работы и публикации. Результаты работы доклады! на 16-й Европейской конференции по физике плазмы и (Венеция, 1989), Международной конференции по физике п, (Дели, 1989), V Всесоюзном совещании по диагнс высокотемпературной плазмы (Минск, 1990), 8-й, 9-й, 10-й и Международных конференциях по мощным пучкам (Новоси( 1990; Вашингтон, 1992; Сан Диего, 1994; Прага 1996), Европейской конференции по управляемому синтезу и физике п. (Борнемут, 1995), 22-й Международной конференции по явлен ионизованных газах (Хобокен, 1995). Всего по теме диссер опубликовано 20 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введ трёх глав и заключения и содержит 67 страниц машинописного т включая 17 рисунков и список литературы из 53 наименований.

Содержание работы.

Во введении даны определения основных понятий, использ; при описании плазменной турбулентности. Приводится теоретических и экспериментальных работ по исследо! ленгмюровской турбулентности.

В первой главе описаны эксперименты по измерению часто спектра ленгмюровских колебаний, возбуждаемых релятивис электронным пучком в плазме. Основным методом исследо являлось коллективное лазерное рассеяние. Преимуществом да:

да является непосредственное измерение ключевых характеристик шоровской турбулентности - частотного и пространственного тров. Основная особенность используемой схемы состоит в мнении газового фильтра-пробки для поглощения паразитного чения. Для С02 лазера, работающего на переходе 1011(14), в стве поглощающего газа применён аммиак. Измеренный этный спектр свидетельствует о возбуждении пучком мюровских колебаний.

второй главе описываются эксперименты по измерению транственного и частотного спектра ионно-звуковых колебаний, овождающих сильную ленгмюровскую турбулентность. В тьтате обработки пространственных спектров ленгмюровских баний установлено, что порог возникновения модуляционной гойчивости широкого спектра ленгмюровских колебаний в итном поле превышен. Это позволяет сделать вывод о реализации гма сильной ленгмюровской турбулентности в экспериментах па модействию РЭП с плазмой.

1змерения пространственного и частотного спектра ионно-эвых колебаний проводились методом коллективного лазерного гяния в классической схеме. В результате измерения частотного тра колебаний установлено, что в плазме с ленгмюровской улентностыо возбуждается высокий уровень ионно-звуковых баний. Характерная величина спектральной плотности энергии ышает тепловую в \\^/Те;=105 раз. Измерен пространственный

тр ионно-звуковых колебаний для величин волнового вектора ре = 15^-25 .

{ третьей главе приведены результаты экспериментов по рению пространственного спектра ионно-звуковых колебаний для к углов рассеяния. Характерная величина волнового вектора баний составляет кс/шре»8. Для подавления паразитного чения использовалась поглощающая кювета с аммиаком при 1М давлении (7.5 торр). Описаны проверочные эксперименты и еты, подтверждающие, что источником ионно-звуковой улентности является коллапс ленгмюровских колебаний. Из вида транственного спектра ионно-звуковых колебаний оценён ктерный размер каверны в момент "выгорания" энергии монов 1Шщ < 30 [•£>.

В заключено» приведены основные результата работы.

Основные результаты.

1. Методом коллективного лазерного рассеяни использованием фильтра-пробки для поглощения параэ излучения непосредственно зарегистрирован частотный ленгмюровских колебаний, возбуждаемых релятиви электронным пучком в плазме.

2. Реализован метод коллективного лазерного рассеян* измерения спектра коротковолновых ионно-зв: колебаний.

3. Методом коллективного лазерного рассеяния из: спектральная плотность энергии ионно-звуковых коле Величина спектральной плотности энергии сущес превышает тепловой уровень Wfc~105Te.

4. Измерен пространственный спектр коротковолновых i звуковых колебаний, сопровождающих ленгмюрс турбулентность, в диапазоне волновых чисел к = 8+20 Спектр ионно-звуковых колебаний позволяет сделать bi реализации pejKHMá сильной лентаюровской турбулентна

5. Из вида пространственного спектра ионно-зву колебаний оценен характерный размер отдельного кави-момент остановки, который равен/¿ ЗОго- '

Список работ, опубликованных но теме диссертация:

1. А.ВАржанников, В.ТАстрелин, А.П.Авроров и др., Прогр нагреве плазмы мощными электронными пучками в onq системах. 11-я Международная конференция по физике пла УТС, Киото, 1986, т.2, стр.223-236.

В.С.Бурмасов, И.В.Кандауров, ВА.Капитонов и др., Первые эксперименты на установке ГОЛ-М, Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, вып.2, стр.31-34,1987.

Л.Н.Вячеславов, И.В-Кавдауров, Э.П.Кругляков, М.ВЛосев, АЛ.Санин, Прямое наблюдение ВЧ турбулентности при инжекции мощного релятивистского электронного пучка в плазму. Труды 16-й Европейской конференции по физике плазмы и УТС, Венеция, 1989, Вена, т.4, стр. 1489-1492, 1989.

Л.Н.Вячеславов, И.В.Кандауров, Э.П.Кругляков, М.ВЛосев, О.И.Мешков, АЛ.Санин, Рассеяние излучения С02 лазера на плазменных электронных ленгмюровских волнах, возбуждаемых РЭП в плазме, Труды Международной конференции по физике плазмы, Дели, 1989, т.З, стр. 1121-1124.

Л.Н.Вячеелавов, И.В.Кандауров, Э.П.Кругляков, М.ВЛосев, О.И.Мешков, АЛ.Санин, Прямое наблюдение ленгмюровской турбулентности методом лазерного рассеяния, Письма в ЖЭТФ, т.50, вып.9, стр.379-381, 1989.

И.В.Кандауров, Э.П.Кругляков, М.ВЛосев, О.И.Мешков, АЛ.Санин, Метод лазерного рассеяния в исследовании турбулентности, возбуждаемой РЭП в плазме. Тезисы докладов V Всесоюзного совещания по диагностике высокотемпературной плазмы, стр. 112-113, Минск, 1990.

Л.Н.Вячеславов, И.В.Кандауров, Э.П.Кругляков, М.ВЛосев, О.И.Мешков, АЛ.Санин, Изучение ВЧ плазменной турбулентности, возбуждаемой РЭП, Труды VIII Международной конференции по мощным пучкам, Новосибирск, т.1, стр.233-240, 1990.

Л.Н.Вячеславов, И.В.Кандауров, Э.П.Кругляков, М.ВЛосев, О.И. Мешков, АЛ.Санин, Метод лазерного рассеяния в исследовании турбулентности, возбуждаемой РЭП в плазме, Физика плазмы, т. 18, в.2, стр.225-227, 1992.

Л.Н.Вячеславов, И.В.Кандауров, Э.П.Кругяяков, М.ВЛосев, О.И.Мещков, АЛ.Санин, Спектры ленгмюровской

турбулентности, возбуждаемой сильноточным РЭП, 9-th Int. on High-Power Particle Beams, Washington, 1992, v.2, p.1037-10

10. L.N.Vyacheslavov, Eh.P.Kruglyakov M.V.Losev, and A.L.Sanin laser scattering technique for studying Langmuir turbulence spei Review Scientific Instruments., 1993, v.64, No 6, p.1398-1403.

11. Б.Н.Брейзман, Л.Н.Вячеславов, Э.П.Кругляков, A.JI.C Рассеяние излучения С02 лазера в диагно высокотемпературной плазмы, Физика плазмы, 1994, том 20 стр.42-44.

12. V.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, Eh.P.Kj'uglyakov, O.I.Me; A.L.Sanin, I.V.Tislenko, and L.N.Vyacheslavov, Observatio nonlinear energy flow in REB-plasma system in a magnetic fie Proceedings of 10th International Conference on High Power P; Beams, 1994, San Diego, Book of abstracts, page P2-42.

13. V.S.Burmasov, L.M.Gorbatch, I.V.Kandaurov, Eh.P.Krugh O.I.Meshkov, A.L.Sanin, I.V.Tislenko, and L.N.Vyaches Correlation between spectroscopic and laser scattering techniqi investigation of REB-driven turbulence, in Proceedings of International Conference on High Power Particle Beams, 1994 Diego, Book of abstracts, page P2-46.

14. L.N.Vyacheslavov, V.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, E.P.Krugl} O.I.Meshkov, and A.L.Sanin, Spectra of developed Lan; turbulence in a nonisothermal magnetized plasma, Physics of Pla 2(6), 2224-2230, (1995).

15. L.N.Vyacheslavov, V.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, Eh.P.Krugly O.I.Meshkov, and A.L.Sanin, Experimental evidence for the со of broad spectrum Langmuir waves in a magnetized plasma, in Bu of the American Physical Society, v.40(ll), p.1715 (1995).

16. L.N.Vyacheslavov, V.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, Eh.P.Krugly O.I.Meshkov, and A.L.Sanin, Investigation of Langmuir turbu excited by relativistic electron beam in a magnetic field, Journ Atmospheric and Terrestrial Physics, Vol.58, 1005-1012, (1996).

'.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, E.P.Kruglyakov, O.I.Meshkov, i.L.Sanin, and L.N.Yyacheslavov, Macroscopic symptoms of collapse \ REB-plasma interaction experiments in strong magnetic field, in 'roc. of the 11th International Conference on High Power Particle leams, Prague, Czech Republic June 1996, v.l, p.335-338.

,.N.Vyacheslavov, V.F.Gurko, I.V.Kandaurov, E.P.Kruglyakov, ).I.Meshkov, A.L.Sanin, and V.F.Zarov, Spectrum of plasma electrons bserved in strong Langmuir turbulence, driven by REB, in Proc. of the 1th International Conference on High Power Particle Beams, Prague, :zech Republic June 1996, v.l, p.335-338.

„N.Vyacheslavov, I.V.Kandaurov, E.P.Kruglyakov, O.I.Meshkov, i.L.Sanin, Experimental studying of strong Langmuir turbulence in a lagnetized plasma, in Abstracts of 1996 International Society Conference on Plasma Physics, Nagoya, Japan, 1996, v.l, p.ll.

^.S.Burmasov, I.V.Kandaurov, E.P.Kruglyakov, O.I.Meshkov, i.L.Sanin, and L.N.Vyacheslavov, Manifestation of wave collapse in ieveloped strong Langmuir turbulence in a magnetic field, in Abstracts rf 23rd European Physical Society Conference on Controlled Fusion nd Plasma Physics, Kiev, Ukraine, 1996, V.l, p.395.