Особенности нагрева турбулентной плазменной струи в магнитном поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

1 Введение

1.1 Краткий обзор литературы.

1.2 Основные задачи исследования

2 Особенности нагрева турбулентной плазменной струи

2.1 Общие схемы экспериментальных установок.

2.2 Описание источника плазмы.

2.3 Неустойчивость плазменной струи с сильно-неоднородным радиальным электрическим полем.

2.4 Проблемы, связанные с увеличением температуры ионов

3 Высокотемпературный режим работы газоразрядного источника плазмы

4 Структура колебаний, возбуждаемых в плазме

4.1 Свойства низкочастотных колебаний плазменного столба с сильно неоднородным профилем азимутального вращения.

4.2 Некогерентная составляющая в спектре флуктуаций потенциала плазмы

4.3 Нелинейная стадия развития неустойчивости

4.4 Токовая структура развивающейся турбулентности.

1. Langmuir 1. Phys. Rev., v.26, 585 (1925).

2. Böhm D., Burhop E. et al. The Characteristics of Electr. Discharges in Magn. Fields, Guthrie A., Wakerling R. K., New-York, 1949.

3. Е.К.Завойский. Коллективное взаимодействие и проблема получения высокотемпературной плазмы. Атомная энергия, т. 14, 1963, с.57.

4. Я.Б.Файнберг. Взаимодействие заряженных пучков с плазмой. Атомная энергия. т.11, 1961, с.313.

5. Арцимович JI.A. Управляемые термоядерные реакции. М.:Физматгиз, 1961.

6. Coensgen F.H., Cummins W.F. Gormezano С., et al. Startup of Neutral-Beam-Sustained Plasma In a Quasi-dc Magnetic Field. Phys. Review Letters. 1976, v. 37, N 3, p. 143-146.

7. Rognlien T.D., Brengle T.A. Warm Plasma Axial Flow Through a Magnetic Mirror. Phys. Fluids, 1981, v.24, N 5, p.871-882.

8. Coensgen F.H., Anderson C.A., Casper T.A., et al. Electrostatic Plasma-Confinement Experiments In a Tandem Mirror System Phys. Review letters, 1980, v. 44, N 17, p. 1132-1135.

9. Yatsu K., Miyoshi S., Tamai H. et al. Experimental Observation on Enhancement of the Ambipolar Potential by Injection of Neutral Beams In a Tandem Mirror. Phys. Review Letters, 1979, v. 43, N 9, p. 627-630.

10. Димов Г. И. Эксперимент АМБАЛ-Ю. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 1988, вып. 3, с. 13-23.

11. Inutake М., Cho Т., Ichimura М., et al. Thermal Barrier Formation and Plasma Confinement In the Axisymmetrlzed Tandem Mirror GAMMA-10. Phys. Review Letters, 1985, v. 55, N 9, p. 939-942.

12. Кабанцев A.A., Таскаев С.Ю. Низкочастотная дрейфовая неустойчивость плазменной струи желобкового типа. Физика плазмы, 1990, т. 16, вып. б, с. 700-709.

13. Кабанцев A.A., Таскаев С.Ю. О темпералуре ионов плазменной струи . Физика плазмы, 1992, т. 18. вып. 5, с. 635-643.

14. Yatsu К., Wakaida I., Kiyohara Y., et al. Radial Plasma Confinement Time In Central Cell of GAMMA 6 Determined from Measurements with a Charge Collector. Jap. J. Appl. Phys., 1981 V. 20, N 8, p. L601-L604.

15. Inutake M., Adachi S., Kariya Т., et al. MPD Arcjets for Initial Plasma Injection intoa Tandem Mirror GAMMA 10. In: Proc. of 17th Int. Electric Propulsion Conf. -Tokyo, 1984, p. 213-221.

16. Inutake M., Karlya Т., Kondo Т., et al. Plasma Injection into GAMMA 10 Tandem Mirror by MPD Arcjet. In: 10th Anniversary of Plasma Research Center, University of Tsukuba - Tsukuba 1989, p. 677-699.

17. Carter M., Behne D., et al. Experiments with the Time-of-Flight Neutral Particle Analyzer on AMBAL-U. - Новосибирск, 1907, 31 с. (Препринт/ИЯФ CO АН СССР: 87-163).

18. Osher J.E. Plasma Target Output from a Magnetically Augmented, Gas-Injected, Washer-Stack Plasma Gun. Rev.Sci.Instr., 1982, v. 53, N 11, p. 1685-1692.

19. Иванов А.А., Кабанцев А.А, Росляков Г.В., Таскаев С.Ю. Плазменная струя в неоднородном магнитном поле. Новосибирск, 1986, 18с. (Препринт/ИЯФ СО АН СССР: 86-77)

20. А.А.Кабанцев, В.Б.Рева, В.Г.Соколов. Получение горячей плазмы в квазистационарном дуговом разряде. Физика плазмы, 1996, т. 22, вып. 4, с. 327-332.

21. С.И.Брагинский. Явления переноса в плазме. Вопросы теории плазмы т.1., М.:Госа,томиздат, 1963, с.183-272.

22. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.

23. Miyoshi S., Yatsu. К., Kawabe Т., et al. Plasma Confinement in Central Mirror of GAMMA 6 (Tandem Mirror). In: Proc. of the 8th Int. Conf. on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. - Brussels, 1981, Y. 1. p. 113-118.

24. Tamai H., Ishii К., Itakura A., et al. Enhancement of the Ambipolar Potential by Injection of Neutra.l Beams In GAMMA 6. In: Proc. of Int. Symposium on Physics In Open Ended Fusion Systems. - Tsukuba. 1980, p. 91-95.

25. Breun R., Golovato S.N., Yujiri L., et al. Experiments in a Tandem Mirror Sustained and Heated Solely by rf. Phys. Review Letters, 1981, v. 47, N 25, p. 1833-1836.

26. Кабанцев А.А., Карлинер B.M., Соколов В.Г., Таскаев С.Ю., Фиксель Г.И., Чу-приянов В.Е. Транспортировка интенсивных плазменных струй в неоднородных магнитных полях. Новосибирск, 1989, 34с. (Препринт/ИЯФ СО АН СССР: 8946)

27. Питерский В.В., Юшманов Е.Е., Яковец А.Н. Крупномасштабная неустойчивость вызываемая широм электрического дрейфа. Физика плазмы, 1999, т. 25, вып.З, с. 211-216.

28. Димов Г.И., Кабанцев А.А., Кузьмин С.В., Соколов В.Г., Таскаев С.Ю. Термоизолированная мишенная плазма в пробкотроне АМБАЛ-Ю. Физика плазмы, 1993, т. 19. вып. 3, с. 350-359.

29. Кабанцев А.А., Рева В.Б., Соколов В.Г. Турбулентное динамо в осесимметричной открытой ловушке. Физика плазмы, 1998, т. 24, N11, стр. 963-972.

30. Рева. В.Б., Соколов В.Г. Зонд для измерения завихренности плазменного потока. Препринт ИЯФ СО РАН 99-93, 1999, 1-14.

31. Кабанцев А.А., Рева В.Б., Соколов В.Г. Hot plasma production in quasisteady arc discharge for divertor plasma simulator Review of Scientific Instruments, 1998, v.69, N10, p.3547-3550.

32. Бехер С.А., Кабанцев А.А., Рева В.Б., Соколов В.Г. Investigation of Magnetic Oscillation of Turbulent Plasma Flow in Mirror Traps Transaction of Fusion Technology, 1999, 35(1T), 403-406.

33. Димов Г.И., Иванов А. А., Росляков Г. В. Получение и исследование струи мишенной плазмы для открытой ловушки. Физика плазмы, 1982, т. 8, вып. 5, с. 970-978.

34. Coensgen F.H., Cummins W.F., Sherman А.Е. Multistage Magnetic Compression of Higlly Ionized Plasma. Phys. Fluids, 1959 Y. 2, N 4, p. 350-361.

35. Steinhaus J.F., Oleson N.L., Barr W.L. Investigation of Plasma from an Occluded Gas Cold Plasma Source.- Phys. Fluids 1965, v. 8, N 9, p. 1720-1730.

36. Perkins F.W., Jassby D.L. Velociti Shear and Low-Frequency Plasma. Instabilities. -Phys.Fluids, 1971, v. 14, N 1. p. 102-115

37. Jassby D.L. Transverse Velociti Shear Instabilities within a Magnetically Confined Plasma. Phys.Fluids, 1972, v. 15, N 9, p. 1590-1604.

38. Lie D.B., Rognlien T.D. et al. Low-frequency flute instabilities of a hollow arc discharge: Theory and experiment. Phys. Fluids, 1973, V. 16, N7, p. 1042-1053.

39. Низкотемпературная плазма. Теория столба электрической дуги, т.1., под ред. М.Ф.Жукова, Новосибирск, Наука 1990.

40. Е.А.Гилев, Г.И.Димов, А.А.Кабанцев, В.Г.Соколов, С.Ю.Таскаев. Ионно-горячая плазма в квадрупольной ловушке. Новосибирск, 1993, 21с. (Нрепринт/ИЯФ СО АН СССР: 93-5)

41. Ахметов Т.Д., Давыденко В.И., Кабанцев А.А., Рева В.В., Соколов В.Г., Тас-каев С.Ю. Продольный ток в стартовой плазме установки АМБАЛ-М Физика плазмы, 1998, 24(12), 1065-1069.

42. Ghen F.F. Microinstability and Shear Stabilization of Low-¡3 Rotating, Resistive Plasma. Phys. Fluids, 1966, v. 9, N 5, p. 965-981.

43. Amemiya IT Measuring Method for Ion Temperature by Asymmetric Probes in Magnetic Fields. Jpn.J.Appl.Phys., 1989, v28, p. 1109-1112 .

44. Кабанцев А.А. Тройной макрозонд для определения температуры ионов замаг-ниченной плазмы. Новосибирск, 1990, 7с. ( Препринт/ИЯФ СО АН СССР: 90-80).

45. Н.Amemiya, K.Uehara. Ion temprature measuring probe in strongly magnetized plasma. Rev. Sci. Instr., 1994, v. 65, N 8, p. 2607-2614.

46. Залкинд B.M., Павличенко О.С., Тарасенко В.П. Измерение температуры электронов в плазме с помощью тройного электрического зонда. ВАНТ. Сер. Физика плазмы и проблемы УТР, 1975, вып. 2(4), с. 69-71.

47. Диагностика плазмы, вып.5, М.: Энергоатомиздат, 1986.

48. Baldwin D.E. and Logan B.G. Improved Tanden Mirror Fusion Reactor. Phys. Rev.1.tters, 1979, v. 43, p. 1318-1321.

49. Саймонен T.C. Прогресс в термоядерных исследованиях с применением открытых магнитных ловушек. ТИИЭР, 1981, т.69, N8, с. 83-110.

50. Иоффе М.С., Канаев Б.И., Пастухов В.П., Юшманов Е.Е. Стабилизация конусной неустойчивости столкновительной плазмой в зеркальной ловушке. ЖЭТФ, 1974, т.67, с.2145-2165.

51. Grubb D.P., Allen S.L., Casper Т.A., et al. Thermal-barrier production and identification in a tandem mirror. Phys. Rev. Letters, 1984, v.53, N 8, p.783-786.

52. Inutake M., Cho Т., Ichimura M., et al. Thermap barrier formation and plasma confinement in the axisymmetric tandem mirror GAMMA-10. Phys. Rev. Letters, 1985, v.55, N 9, p.939-942.

53. Рютов Д.Д. Открытые ловушки. УФН, 1988, т.154, в.4, с.565-614.

54. Готт Ю.В. , Шурыгин В. Л. Фотоэлектронная диагностика горячей плазмы. -Физика плазмы, 1993, т. 19, вып.9, с. 1075-1100.

55. Белкин B.C., Соколов В. Г., Тимошин И.Я. Фотоэлектронный спектрометр с адиабатическим электростатическим энергоанализатором . Физика плазмы, 1994, т. 20, вып. 1, с. 93-94.

56. В.С.Лисица, В.И.Коган. Атомные процессы в плазме. В кн. Физика плазмы, Итоги науки и техники, т.З. Москва, 1982.

57. Л.А.Вайнштейн, И.И.Собельман, Е.А.Юков. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.:Наука, 1979, стр.293.

58. Гримм Г. Уширение спектральных линий в плазме. Москва: Мир, 1978.

59. Диагностика плазмы, под ред Хадцлстоун Р. и Леонарда С. Москва: Мир, 1967.

60. S.Ishiguro. Potential formation and thermal insulation between different temperature plasmas. J. Phys. Soc. Japan, v.56, N.4, 1987, pp.1354-1369.

61. R.Jones, Tandem mirrors sustained by high-voltage direct current. II Nuovo Cimento, Vol.9D, 1987, N3, p.248-251.

62. S.Torven and D.Andersson. Observation of electric double layers in a magnetised plasma column. J.Phys.D (Appl.Phys.), v.12, 1979, p.717-722.

63. Моффат Г. Возбуждение магнитного поля в проводящей среде. Москва: Мир, 1980.

64. Краузе Ф., Рэдлер К.Х. Магнитная гидродинамика средних полей и теория динамо. М.: Мир, 1984.

65. Вайнштейн С.И., Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Турбулентное динамо в астрофизике. Москва: Наука, 1980.

66. Ф.Хэррис. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье. ТИИЭР, т.66, N1, 1978, с. 60-96.

67. А.В.Оппенгейм, Р.В.Шафер. Цифровая обработка сигналов. М.:Связь, 1979.

68. С.М.Кей, С.Л.Марпл. Современные методы спектрального анализа: Обзор. ТИИЭР, т.69, N11, 1981, с. 5-51.

69. С.Л.Марпл-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.:Мир, 1990.

70. В.Л.Грановский. Элетрический ток в газе. Установившийся ток. М.:Наука, 1971, 543 стр.

71. И.Г.Исаев. Катодные процессы электрической дуги. М.:Наука, 1968, 244 стр.

72. В.С.Белкин, В.Г.Соколов, Ю.С.Храмов. Томографическое восстановление электронной температуры плазмы по излучению линии На на установке АМБАЛ-М. Новосибирск, 1998, 14с. Препринт/ИЯФ СО РАН СССР: 98-35).

73. Ф.Н.Х.Робинсон. Шумы и флуктуации в электронных схемах и цепях. М.:Атомиздат, 1980.

74. Сагдеев Р.З., Шапиро В.Д., Шевченко В.И. Конвективные ячейки и аномальная диффузия плазмы. Физика плазмы, 1978, т. 3, с. 551.

75. С.С.Моисеев, К.Р.Оганян, П.Б.Руткевич и др. Вихревое динамо в спиральной турбулентности. В кн. Интегрируемость и кинетические уравнения для солито-нов, Киев: Наукова думка, 1990.

76. Horton W. Drift waves and transport. Rev. Mod. Phys., 1999, V.71, N3, pp. 735-778.

77. L.Biermann. Bemerkungen iiber das Rotationsgesetz in irdischen und stellaren Instabilitatszomen. Z. Astrophys., 28, 1951, p.304-309.

78. E.N.Parker. Hydromagnetic dynamo models. Astrophys. J., 122, 1955, p.293-314.

79. С.А.Молчанов, А.А.Рузмайкин, Д.Д.Соколов. Кинематическое динамо в случайном потоке. УФН, 1985, т. 145, N4, с.591-628.

80. Leorat J. La turbulence magnetohydrodynamique helicitaire et la generation des champs magnetiques a grande echelle. These doctoral, Univ. de Paris VII, 1975.

81. Leorat J., Frisch U., Pouquet A. Helical magnetohydrodynamic turbulence and the non-linear dynamo problem. Ann. New York Acad. Sc., v. 257, 1975, p.173-176]

82. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. Москва: Атомиздат, 1969.

83. Sugawara М. Electron Probe Current in a Magnetized Plasma. Phys. Fluids, V.9, 1966, p.797.

84. Чан П., Тэлбот JI., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме. Москва: Мир, 1978.

85. Chen F.F. Plasma Diagnostic Techniques, Academic Press, New York, 1965.

86. The Characteristics of Electrical Discharges in Magnetic Fields. Ed. by A. Guthrie and R.Wakerling. New York, 1949.

87. Carlson A., Grigull P., Griinther K. et al. Langmuir Probes in Strong Magnetic Fields. 20th EPS Conf. Contr. Fusion and Plasma Phys. (Lisboa, 1993). ECA. V. 17C, Pt. Ill, p.1103.

88. Matthews G.F., Fielding S.J., McCracken G.M. et al. Investigation of the fluxes to a sutface of grazing angles of incidence in the tokamak boundary. Plasma Phys. Contr. Fusion, 1990, v.32, N14, pp.1301-1320.

89. Wolff H. et al. 19th EPS Conf. Contr. Fusion and Plasma Phys. (Innsbruk, 1992). ECA. V. 16C, p.1167.

90. Рожанский В.А., Ушаков А.А., Воскобойников С.П. Поперечная проводимость и теория зонда в магнитном поле. Физика плазмы, 1998, т. 24, N9, с. 837-849.

91. Kuznetsov Yu. Magnetic Diagnostic of plasma. Plasma Phys. Reports, 1998, v.20, p.135.

92. Lakhin V.P., Schep T.J., Westerhof E. Current-vortex filament model of nonlinear Alfvén perturbations in a, finite-pressure plasma. Physics of Plasmas, 1998, v.5, N11, p.3833-3848.

93. Bergmans J., Kuvshinov B.N., Lakhin V.P., Schep T.J., Westerhof E. Current-vortex filament in magnetized plasmas. Plasma Phys. Control. Fusion, 1999, v.41, p.709-717.

94. Norales G.J., Maggs J.E., Burke A.T., Penano J.R. Alfvénic turbulence associated with density and temperature filaments. Plasma Phys. Control. Fusion, 1999, v.41, p.519-529.

95. Крылов С.Ф., Яньков В.В. О роли солитоиов в сильной турбулентности. Журн. эксперим. и теорет. физики, 1980, т.79, с.82-86.

96. Абурджания Г. Д. Структурная турбулентность и диффузия плазмы в магнитных ловушках. Физика плазмы, 1990, т. 16. вып. 1, с. 70-76.

97. Г.Д.Каладзе, В.И.Петвиашвили. Конденсация желобковых волн в вихри в плазме конечного давления с широм. Физика плазмы, 1986, т. 12, в.11, стр. 1335-1340.

98. Иванов А.А., Соколов В.Г., Фиксель Г.И., и др. Получение и исследование мишенной плазмы в установке АМБАЛ. Новосибирск, 1986, 9 с. (Препринт/ИЯФ СО АН СССР: 86-47).

99. Димов Г.М., Иванов А.А., Росляков Г.В. Исследование водородной плазменной мишени. Физика плазмы, 1980, т. 6, вып. 4, с. 933-942.

100. Тимофеев А.В., Швилкин. Б.Н. Дрейфово-диссипативная неустойчивость неод106нородной плазмы в магнитном поле. Успехи физ.наук, 1976, т. 118, вып. 2, с. 273-306.

101. Rosenbluth M.N., Krall N.A., Rostoker N. Finite Larmor Radius Stabilization of "Weakly" Unstable Confined Plasmas. Nuclear Fusion Suppl., 1962, part 1, p. 143150.

102. Cheng C.Z., Okuda H. Formation of Convective Cells, Anomalous Diffusion, andStrong Plasma Turbulence Phys. Rev. Lett., 1977, v.38, p.708-710.

103. H.Hojo, M.Shigeta and T. Watanabe. Flute Mode Instability Driven by an E x В Drift Shear of a Nonuniform Radial Electric Field. Journal of the Physical Society of Japan. Vol. 57, No. 3, 1988, p.711-714.

104. Хортон В. Дрейфовая турбулентность и аномальный перенос. В кн. Основы физики плазмы (под ред. Сагдеева Р.З. и Розенблюта М.Н.), т.2, Москва: Энер-гоатомиздат, 1984.