Процессы в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры в до- и сверхкритическом токовых режимах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

ПРОХОРОВИЧ Дмитрий Евгеньевич

ПРОЦЕССЫ В РАЗРЯДЕ НИЗКОИНДУКТИВНОЙ ВАКУУМНОЙ ИСКРЫ В ДО- И СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ ТОКОВЫХ РЕЖИМАХ

01.04.08 - Физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

Москва 2003

I

1

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете).

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук, доцент Савёлов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Храбров Виктор Александрович

доктор физико-математических наук, профессор Ананьин Олег Борисович

Ведущая организация:

Государственный Научный Центр Российской Федерации "Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (ТРИНИТИ), г. Троицк

Защита состоится "29" октября 2003 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.130.05 в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, дом 31, тел. 324-84-98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Автореферат разослан "25"" оеятА^/иЯ гооз г.

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

Ученый секретарь

диссертационного совета

Евсеев И.В.

14 ¿с>о

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследований.

Под микропинчевым обычно понимают сильноточный импульсный разряд, в котором при определенных условиях образуется короткоживущий (т < 1 не) плазменный объект малого размера (г < 10 мкм) с высокими температурой (Те = 1+2 кэВ) и плотностью (п« > 1021 см"3).

Среди наиболее известных типов установок, в которых реализуется режим микропинчевания, можно отметить: нецилиндрический 2-пинч или плазменный фокус, низкоиндуктивную вакуумную искру, г-пинч с импульсной инжекцией газа, взрывающиеся проволочки.

Активные исследования микропинчевых разрядов (МПР) начались в 70-х годах прошлого века после того, как в 1968 году впервые сообщили о наблюдении в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры (НВИ) локальной области плазмы, являющейся интенсивным источником рентгеновского излучения. В разрядах НВИ микропинчевую область принято называть плазменной точкой (ПТ).

Именно этот объект стал предметом широкого круга исследований, среди которых доминирующую роль играет спектроскопия в рентгеновском диапазоне. С ее помощью получены такие важные параметры ПТ, как электронная плотность, температура, размеры, время жизни. Следует также отметить методы визуализации пространственной структуры плазмы с высоким временным разрешением (теневое фотографирование, интерферометрирование, получение фарадееграмм), которые позволяют исследовать динамику МПР, структуру токов и магнитных полей в, сечениях плазменного канала на различных стадиях процесса линчевания.

Однако, подобные измерения проводились, в основном, при максимально достижимых для конкретной микропинчевой установки значениях разрядного тока, когда заведомо происходит формирование ПТ. Образование ПТ носит пороговый по току характер - сжатие до микронных размеров происходит лишь при максимальном значении тока в разряде 1тах - 120 кА. А развитие неустойчивостей, причгшэтпиу пинчеванию

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С. Петербург цйп

плазменного канала, происходит при величине тока в разряде, превосходящей некоторое значение, называемое критическим. Величина критического тока 1кр определяет баланс между потерями энергии на излучение и джоулевым тепловыделением в канале разряда (в плазме железа 1кр « 50 кА). Для понимания физической картины явлений, предворякнцих образование ПТ в разрядах типа НВИ, целесообразно провести исследования динамики плазменного канала МПР при различной величине тока, протекающего в межэлектродном промежутке (скейлинг по току).

Поведение периферийной по отношению к микропинчу плазмы, собственное излучение которой лежит в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазоне спектра, практически не исследовано.

Немногочисленные исследования корпускулярной эмиссии из области НВИ ограничивались, по большей части, изучением ускоренной компоненты электронного потока и, опять-таки, при максимально возможных значениях разрядного тока. Ионная компонента плазменного потока исследовалась лишь на предмет использования разряда НВИ в качестве источника многократно ионизованных ионов. При этом анализу процессов в разряде НВИ, выполненному на основе экспериментальных данных по плазменной эмиссии, внимания практически не уделялось.

С точки зрения технологического применения установок, в которых реализуется микропинчевой разряд, первоочередным требованием является ресурс работы, а именно, максимальное количество импульсов тока при которых в динамике плазменного канала и сопутствующих ей процессах еще не происходит существенных изменений. Поскольку МПР реализуется в парах материалов электродов, то можно ожидать, что изменение режимов разряда со временем будет происходить из-за трансформации электродной системы. Подобные исследования практически не проводились.

Таким образом, актуальной является задача комплексного изучения процессов как в объеме разрядной области, так и на поверхности электродов.

Цель работы.

Целью настоящей работы является исследование динамики разряда НВИ и его эмиссионных характеристик в зависимости от величины силы тока, протекающего в разряде, и числа рабочих импульсов, а именно:

• визуализация динамики канала плазмы НВИ при различной величине силы тока, достигаемой в разряде;

• изучение собственного свечения области разряда в видимом диапазоне спектра с пространственным и временным разрешением;

• исследования скейлинга по току в динамике эмитируемых из области разряда плазменных потоков;

• исследования процессов на электродах, в парах материалов которых и осуществляется данный тип разряда.

Автор выносит на защиту следующие, содержащие научную новизну, основные результаты:

1. Результаты исследования спектров ионов, эмитируемых из разрядной области низкоиндуктивной вакуумной искры, в до- и сверхкритическом токовых режимах работы импульсной пинчевой установки с радиально-симметричным плазменным инициированием разряда методом пассивной корпускулярной диагностики.

2. Результаты визуализации динамики плазменного канала разряда низкоиндуктивной вакуумной искры методом теневого фотографирования от момента пробоя межэлектродного промежутка и до стадии развала плазменного образования, включительно, при различной геометрии катодов и разных значениях энергии, вкладываемой в разряд.

3. Данные о характере собственного свечения плазмы низкоиндуктивной вакуумной искры в видимом диапазоне спектра как с разрешением во времени, так и интегрально по длительности горения разряда.

4. Результаты исследования процессов переноса материалов электродов в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры и структурных изменений в поверхностных слоях катода.

5. Выявленную на основании сопоставления данных теневого фотографирования, регистрации спектров ионов, характера собственного свечения плазмы в видимом диапазоне спектра и процессов на электродах динамику разряда низкоиндуктивной вакуумной искры в до- и сверхкритическом токовых режимах.

Научная и практическая значимость работы.

1. Использование корпускулярной диагностики при исследовании эмиссии частиц из области низкоиндуктивной вакуумной искры показало ее эффективность как независимого и дополнительного источника информации о процессах в такого рода разрядах.

2. Выявленная динамика низкоиндуктивной вакуумной искры показала применимость модели радиационного коллапса на стадиях, предшествующих микропинчеванию в разрядах такого типа.

3. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать разряд низкоиндуктивной вакуумной искры с радиально-симметричным плазменным инициированием в качестве удобного экспериментального стенда для отработки различных методов диагностики линчующейся плазмы, а также для изучения модификации рельефа и структуры поверхности твердых тел.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на: 2« 3<ш 4ав и 6°а сессиях МИФИ (1999,2000,2001 и 2003 г.г, г. Москва); XIV Международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (1999 г., г. Звенигород, Моск. обл.);

II Российском семинаре "Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды" (2000 г., г. Москва); V Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (2000 г., г. Москва);

21й® Международном симпозиуме по физике ионизованных газов (2002 г., г. Сокобаня, Югославия);

XXX Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС (2003 г., г. Звенигород, Моск. обл.);

X Всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной плазмы (2003 г., г. Троицк, Моск. обл.).

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах. Их список представлен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Работа изложена на ■123 страницах машинописного текста, содержит 35" рисунка и список литературы из ^00 наименований.

Содержание работы.

Во введении дано краткое описание характерных для явления микропинчевания физических эффектов и достигаемых в результате этого процесса параметров плазмы. Отмечены возможности технологического применения микропинчевых разрядов. Обоснована актуальность темы диссертации и сформулирована цель работы.

В главе I проводится обзор методов и результатов экспериментальных исследований микропинчевых разрядов, реализуемых в устройствах типа низкоиндуктивной вакуумной искры; рассмотрены теоретические модели, посвященные изучению процессов в сильноизлучающей плазме микропинчевых разрядов.

Первые пространственно-временные исследования эволюции плазмы НВИ были проведены с помощью электронно-оптического преобразователя с щелевой разверткой во времени, регистрирующего собственное излучение плазмы в видимом диапазоне спектра. Наблюдалось формирование перетяжки на фронте испаряющейся анодной плазмы, движущейся по направлению к катоду.

В дальнейшем для диагностики быстропротекающих процессов стали применяться лазерные методы. Среди них наиболее результативным оказался метод многокадрового лазерного теневого фотографирования с высоким временным разрешением. С его помощью было показано, что канал разряда НВИ подвержен образованию перетяжек вдоль оси разрядной камеры: плазма в области перетяжки линчуется со скоростью 4-106 см/с до диаметра » 200 мкм, причем пространственное положение пинчевой области совпадает с изображением плазменной точки на рентгеновской обскурограмме. Импульс жесткого рентгеновского излучения запаздывает с среднем на 20 не относительно момента образования перетяжки, что может бьггь следствием дополнительного быстрого второго сжатия, не наблюдаемого в эксперименте, в результате чего и формируется микропинч.

Совместное использование широкого круга лазерных методов диагностики (получение тенеграмм, интерферограмм и фарадееграмм) в одном импульсе разрядного тока позволяет восстановить распределение электронной плотности, магнитного поля и тока в различных сечениях плазменного канала, а также зарегистрировать две области развития перетяжек - примерно в центре межэлектродного промежутка и вблизи поверхности анода.

Исследования корпускулярных потоков из области микропинчевого разряда были связаны, в основном, с изучением ускоренной компоненты электронного потока. Зарегистрированы энергетические спектры надтепловых электронов в широком диапазоне энергий частиц: 10+300 кэВ. Кроме того показано, что анизотропия функции распределения электронов по скоростям может быть причиной поляризации рентгеновского излучения ионов высокой кратности ионизации. Проведенные оценки показали, что развитие ускорительных процессов способно оказать существенное влияние на динамику плазмы в процессе микропинчевания.

Исследования временных особенностей электронной эмиссии из плазмы микропинчевого разряда позволили зарегистрировать две группы "горячих" электронов с эффективными температурами Те < 8 кэВ и Те > 30 кэВ. Обнаружена эмиссия многозарядных ионов из области разряда НВИ с лазерньм инициированием.

В режиме работы установки НВИ, когда заведомо происходит образование микропиичей, с помощью времяпролетной методики зарегистрированы энергетические спектры нейтральных атомов и однозарядных ионов, эмитируемых из области разряда в осевом направлении.

Исследования деградации электродной системы микропинчевого разряда ограничиваются лишь общим характером такого разрушения и его возможными механизмами, среди которых наиболее вероятным является распыление потоками ионов плазмы разряда.

Среди теоретических представлений о возможных процессах формирования микропинчевых областей в вакуумно-искровых разрядах наиболее адекватной результатам экспериментальных исследований является модель радиационного коллапса. В рамках этой модели образование микропинчевой области носит двухстадийный характер благодаря высокому уровню радиационных потерь плазмоообразующего элемента с учетом вытекания плазмы из области развития перетяжки. Предсказываемая моделью временная задержка - 30 не между двумя последовательными сжатиями, а также достигаемые при формировании микропинчевой области параметры плазмы хорошо согласуются с экспериментально зарегистрированными.

Давая наиболее исчерпывающую интерпретацию экспериментальным результатам, модель радиационного коллапса оставляет за рамками своего рассмотрения процессы, приводящие к образованию потоков надтепловых частиц. По мнению многих исследователей потоки надтепловых частиц могут играть существенную роль в энергобалансе перетяжки, в частное ги в разрядах типа низкоиндуктивной вакуумной искры.

Таким образом, анализ литературных данных показал, что подавляющее число исследований разрядов НВИ было связано с изучением параметров ПТ и динамики ее образования при максимальной величине тока в разряде In,« > 120 кА. При этом динамика разряда НВИ при меньших значениях величины токов, а также процессы на поверхности электродов практически не изучены. Этими обстоятельствами и продиктована постановка задачи в рамках данной диссертационной работы.

Глава 2 посвящена описанию экспериментальной микропинчевой установки ПФМ-72 с радиально-симметричным плазменным инициированием, а также выбранных в соответствии с целью работы средств и методов диагностики.

Электродная система установки ПФМ-72 представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Электродная система разряда НВИ с радиально-симметричным плазменным инициированием.

Анод в виде сменной иглы диаметром 3 мм располагается по оси установки. Острию анода изначально придается плоская, полусферическая, либо острийная форма. Катод представляет собой цилиндр с плоским основанием диаметром 20 мм, обращенным в сторону разрядной области (анода). В катоде имеется осевое отверстие диаметром 3 мм для возможности исследования корпускулярных потоков, эмитируемых из области разряда в осевом направлении. В плоскости перпендикулярной к оси симметрии анода симметрично (под углом 90° друг к другу) располагаются во внешнем тоководе (катод основного разряда) четыре тригтерных поджига, основная функция которых - образование форплазмы, необходимой для "закорачивания" межэлектродного промежутка на начальной стадии развития разряда.

Триггер - это центральный железный электрод (анод инициирующего устройства) диаметром 3 мм, окруженный снаружи полиэтиленовым диэлектриком внешним диаметром 8 мм, который, в свою очередь, вкручивается во внешний токовод из нержавеющей стали, играющий роль катода также и в системе триггерного поджига. После подачи импульса напряжения пробой по

поверхности полиэтилена (между электродами триггерного поджига) происходит одновременно во всех четырех триггерах.

До начала развития разряда на электродах основного промежутка "дежурит" рабочее напряжение (прикладываемое от батареи высоковольтных низкоиндуктивных конденсаторов), величина которого в ходе проведения экспериментов может варьироваться. После срабатывания системы триггерного поджига и попадания форплазмы в межэяектродный промежуток происходит развитие основного разряда.

Контроль за режимами разряда осуществлялся с помощью пояса Роговского для измерения величины тока разряда в первом полупериоде и вакуумной камеры-обскуры для регистрации пространственного изображения областей плазмы, излучающих в диапазоне энергий квантов Ьу > 3 кэВ.

Регистрация интегрального по зарядовому составу потока частиц из области МПР производилась с помощью схемы пассивной корпускулярной диагностики, работающей в токовом режиме. При этом регистрирующее устройство (плоский коллектор) располагался на заданной длине пролетной базы как на оси разрядной камеры, так и в направлении, перпендикулярном ей.

Исследования динамики положительно и отрицательно заряженных компонент в плазменном потоке потребовало внесения изменений в используемую схему регистрации, а именно, возможность подачи на коллектор потенциала смещения относительно заземленного корпуса установки (рис. 2). Была использована времяпролетная методика регистрации спектра заряженных частиц.

Рис. 2 Электродная система микропинчееого разряда со схемой пассивной корпускулярной диагностики: 1-анод, 2-катод, 3-триггер, 4-пассивный коллектор.

к осц.

Параллельно применялась также и зондовая диагностика. Использовались два одинаковых плоских ленгмюровских зонда, работающие в одиночном режиме каждый, и расположенные на заданной длине пролетной базы в осевом направлении симметрично оси разрядной камеры. Смещение зондов в радиальном направлении позволяет получить распределение электронной температуры в поперечном сечении плазменного потока.

Для получения пространственной информации о размерах и динамике плазмы в межэлектродном промежутке (канал теневого фотографирования) на основе промышленного азотного лазера ИЛГИ-503 (X = 337 нм, т = б не) создана оптическая схема (рис. 3). При создании этой схемы учитывались следующие факторы:

1) поле зондирующего излучения должно превышать размеры межэлектродного промежутка;

2) необходимость отсечки из апертуры канала фотоприемника собственного излучения плазмы разряда.

Рис. 3 Оптическая схема теневого фотографирования области МПР: 1 - азотный лазер ИЛГИ-503 (X = 337 нм); 2 — двухлинзовый уширитель; 3 - электродная система МПР; 4 - кварцевая линза (У = 500мм); 5 - диафрагма; б - интерференционный фильтр (Я = 337±5 нм); 7 - фотоаппарат.

Путем подбора оптимальных расстояний между элементами оптической схемы и регулировкой диаметра отверстия в диафрагме удалось добиться контрастной картины теневых фотоизображений, несмотря на сильную неоднородность поля излучения используемого азотного лазера.

Исследование динамики периферийной по отношению к области микропинчевания плазмы разряда производилось при помощи малогабаритного фотохронографа ФЭР-7, предназначенного для измерения пространственно-временных характеристик излучения однократных быстропротекающих световых процессов в видимой области спектра с разрешением во времени.

Была создана оптическая схема (рис. 4) для исследования собственного свечения плазмы для сечений, параллельных оси электроразрядного устройства.

Рис. 4 Оптическая схема исследования собственного свечения плазмы с помощью фотоэлектронного регистратора ФЭР-7: 1 - юстировочный гелий-неоновый лазер (Л - 633 нм); 2 - двухлинзовый уширитель; 3 - электродная система МПР; 4 - линза (У = 500мм); 5 - диафрагма; б - оптический столик; 7 - система из двух треугольных призм; 8 - щель шириной 0,5 мм; 9 -линза (У = 500мм); 10 -ФЭР-7.

Интегральное по времени развития разряда собственное излучение плазмы низкоиндуктивной вакуумной искры наблюдалось в канале теневого фотографирования.

Анализ состава и структуры поверхности электродов проводился методами:

• обратного резерфордовского рассеяния (позволяет получать информацию о компонентном составе приповерхностных слоев электродов);

• рентгеновского структурного анализа (для исследования структурных изменений в поверхностных слоях электродов при воздействии на них плазменных потоков).

В главе 3 приведены результаты экспериментальных исследований разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

Осциллограммы сигналов с пояса Роговского в сверхкритическом режиме работы установки обнаруживают наличие особенностей вблизи первого максимума кривой разрядного тока, что свидетельствует о наличии перетяжечной неустойчивости плазменного столба. Исследования излучающих в рентгеновском диапазоне (Ьу > 3 кэВ) областей плазмы НВИ проводились при разных величинах энергии, вкладываемой в разряд, и при различной степени выработки конкретной конструкции электродной системы. Анализ полученных

обскурограмм показал, что при достигаемой в разряде величине тока Imax = 150 кА наблюдается образование ПТ в центральной части межэлектродного промежутка, диффузно светящегося облака между ПТ и поверхностью внешнего электрода (катода), а также свечение поверхности самого катода. С уменьшением величины тока интенсивность излучения из ПТ и диффузно светящегося облака падает быстрее, нежели вблизи поверхности катода. При Imax = 40 кА свечение из указанных областей отсутствует. Величина критического тока для данной установки 1кр » 50 кА. Степень выработки (до 103 рабочих импульсов тока) использованных в работе конструкций электродных систем практически не влияет на структуру светящихся в указанном спектральном диапазоне вышеупомянутых областей разряда.

Получены распределения преимущественно однократно ионизованных (на основании ранее проведенных исследований) ионов по скоростям в до- и сверхкритическом токовых режимах работы установки при регистрации потоков как вдоль оси разряда, так и в перпендикулярном ей направлении

осевом (А) и радиальном (Б) направлениях при: I - 1тас<1кр и 2

Динамика электронной компоненты идентична ионной. Форма регистрируемых сигналов с коллектора (диаметром 50 мм) при вариации величины и полярности потенциала смещения хорошо повторялась от разряда к разряду. Оценка электронной температуры проводилась из анализа полученных

вольт-амперных характеристик, где в качестве плоского электрического зонда в плазменном потоке был использован коллектор. Для обоих направлений регистрации (аксиального и радиального по отношению к оси электроразрядного устройства) получены следующие значения электронной температуры: Тс = 25±5 эВ при Imax = 40 кА и Тс = 18±5 эВ при Imax = 150 кА. Измерения плоскими зондами Ленгмюра (диаметром 3 мм) для соответствующей величины дали значение: Те = 27±4 эВ при Imax = 40 кА и Те = 17+2 эВ при Imax = 150 кА. Концентрация плазмы в потоке на заданной длине пролетной базы определена из величины тока ионного насыщения: n, ~ 109 см'3 при Imax = 150 кА и n, ~ 108 см'3 при Imax = 40 кА.

Среднестатистические серии теневого фотографирования плазмы в межэлектродном промежутке при различной величине тока, протекающего в разряде, позволили выявить следующие особенности. При токе разряда Imax = 150 кА обнаружены различия (рис. б, 7) в динамике плазмы на начальной стадии (от пробоя и до момента образования ПТ). В одном случае, после срабатывания триггерного поджига и попадания форплазмы в разрядный промежуток наблюдалось образование приэлектродных плазменных образований, движущихся навстречу друг другу. В результате такого движения происходило столкновение плазменных облаков в центральной части межэлектродного промежутка, завершающееся формированием плазменного столба, подверженного развитию перетяжечных неустойчивостей. В другом случае, в начальный момент времени регистрировался полусферический фронт вблизи анода, распространяющийся в сторону катода, причем в непосредственной близости от фронтальной поверхности происходило развитие неустойчивости с модой m = 0 на протяжении всего времени движения до столкновения с поверхностью катода.

Показано, что характер процессов, происходящих в межэлектродном промежутке данной установки, не зависит существенным образом от конструкционных особенностей катодов, использованных в работе. Более того, на вышеуказанные процессы практически не влияет и число (в диапазоне до 103) рабочих импульсов при заданной энергетике, предшествующих измерениям.

1,6 МКС

2,1 мкс

Рис. 6 Серия теневого фотографирования начальной стадии развития разряда при достигаемой величине тока 1тах = 150 кА.

1,7 мкс

2,1 мкс

Рис. 7 Серия теневого фотографирования начальной стадии развития разряда при достигаемой величине тока 1тах = 150 кА.

Проведенное при различных величинах вкладываемой в разряд энергии (соответственно максимальных значений силы тока - 100 и 75 кА) теневое фотографирование области межэлектродного промежутка в целом соответствует картине явлений, происходящих при максимально достигаемой величине силы тока Imax = 150 кА. Однако следует отметить и различия, а именно, с уменьшением максимального значения силы тока в разряде:

• увеличивается временная задержка между моментом срабатывания триггерного поджига и появлением на тенеграммах первых признаков развития разряда - тзаДерж = 1,2*1,3 мкс (1тах = 100кА)итзадчш= 1,4+1,5 мкс (1тах = 75 кА);

• уменьшаются размеры области с заметными для зондирующего излучения градиентами электронной плотности плазмы во всем межэлектродном промежутке - концентрирование указанных областей происходит, в основном, в приосевой зоне;

• уменьшается вероятность формирования регистрируемой на тенеграммах перетяжечной неустойчивости.

Скорости движения светящихся областей (~106 см/с) как в осевом, так и в радиальном направлениях найдены по снимкам собственного излучения канала плазмы НВИ в видимом диапазоне спектра и прописанным с них в направлении временной развертки денситограммам (рис. 8).

>,7 1J U М 3,1 3,7

А) Щель фоторегистратора расположена на оси разряда

U 1.9 v ^

Щель фоторегистратора расположена на расстоянии 0,50 мм от оси разряда

Рис. 8 Узкополосные денситограммы параллельного оси разряда щелевого изображения собственного свечения канала плазмы НВИ при 1тал = 150 кА.

Анализ изображений областей собственного свечения плазмы интегрального по времени разрядного импульса обнаруживает уменьшение

диаметра светящегося канала с падением максимальной величины силы тока, достигаемой в разряде (рис. 9).

Область свечения при токе1ти= 150 кА

Область свечения при токе 1тах = 105 кА

Область свечения при токе 1ГОах - 75 кА

Рис. 9 Области собственного свечения плазмы НВИ, интегральные по длительности горения разряда.

Динамика изменения поверхностного рельефа катодов различной геометрии (рис. 10) в процессе эксплуатации микропинчевой установки ПФМ-72 с радиально-симметричным плазменным инициированием разряда выглядит следующим образом.

Рис. 10 Электродная система система микропинчевого разряда с различной геометрией катодов.

Катод М1. После ~ 50+100 импульсов появляются первые признаки формирования "валика" и концентрических окружностей на его поверхности. В диапазоне 100+600 рабочих импульсов происходит заплавление осевого отверстия с образованием внутренней сферической полости диаметром « 5 мм, формируется "валик" (рис. 11 А) внутренним диаметром 5 мм и внешним -11 мм. На расстояниях от оси симметрии катода, превышающих внешний диаметр "валика", наблюдаются выбросы расплавленного материала в

радиальном направлении и образование воронкообразной формы рассматриваемой области с несимметричным оплавлением по краям.

Катод №2. Процессы, происходящие на поверхности при данной конфигурации внешнего электрода, полностью аналогичны описанным выше для катода №1 с той лишь разницей, что не столь явным является образование "валика" (рис. 11 Б).

Катод №3. После ~ 50+100 импульсов на поверхности, обращенной к разрядному промежутку, начинает образовываться кромка, увеличивающая площадь указанной поверхности. По истечении 450 импульсов внешний диаметр кромки уже имеет размер 13+14 мм. На поверхности катода в пределах диаметра ~ 11 мм просматриваются такие же концентрические оси электроразрядного устройства выступы и углубления с тем же шагом, что и на катодах №1 и№2. Характерные размеры деформации осевого отверстия имеют тот же порядок, что и у катода №1. В интервале 450+550 импульсов тока кромка "срезается" по внешнему диаметру ~ 11 мм и по истечении ~ 550 разрядных импульсов периметр среза составляет ж 60% (рис. 11 В).

Рис. 11 Фотографии поверхностей катодов после 1000 импульсов тока.

Что же касается анода, то разрушение его поверхности вне зависимости от материала и конструкции (используемых в данной работе катодов) носит примерно одинаковый характер: после ~ 600 разрядов в центре образуется углубление конической формы диаметром 1,0+1,5 мм в центральной части и глубиной 2,0+3,0 мм.

При рентгеноструктурном анализе поверхности катода №1 после 500 импульсов разрядного тока выявлены структурные изменения, связанные с формированием рентгеноаморфного состояния в области воздействия плазменных потоков.

Результаты исследования компонентного состава поверхности катода №1 методом обратного резерфордовского рассеяния показали, что в процессе развития разряда происходит перенос материала анода на катод, а перемещение по поверхности последнего осуществляется в радиальном направлении из центральной области (где поток плазмы интенсивно взаимодействует с материалом катода) на периферию.

В главе 4 обсуждаются результаты экспериментального исследования разряда НВИ и процессы на его электродах.

В зарегистрированных спектрах ионов (рис. 5) отмечаются выраженные максимумы, соответствующие скоростям частиц (1,0-И,5)-106 см/с и (2,0+2,5)-106 см/с в режиме 1шах < 1кр. В режиме разряда 1тах > 1кр в спектре появляется еще один максимум, соответствующий скорости частиц 4-106 см/с. Сравнительный анализ формы спектров, полученных при регистрации потока частиц в осевом и радиальном направлениях, в сочетании с данными теневого фотографирования и оценками электронной температуры позволяет сопоставить:

первую из указанных скоростей - со средней скоростью теплового движения ионов на стадии существования квазистационарного плазменного столба;

вторую - со скоростью осевого истечения плазмы на стадии схождения токовой оболочки к оси разряда в процессе "сгребания" ионизованных паров вещества электродов и формирования плазменного столба;

третью - с группой частиц, появляющихся при переходе процесса линчевания в режим радиационного (второго) сжатия.

Экспериментальное свидетельство того, что регистрируемая величина электронной температуры в случае 1тах < 1ц> превышает величину этого же параметра в случае 1тах > 1цр, на качественном уровне подтверждается

результатами наблюдений структуры излучающей в рентгеновском диапазоне (Ьу > 1 кэВ) плазмы разряда. В режиме 1тах < 1кр возможно развитие ионно-звуковой неустойчивости, способствующей разогреву всего плазменного столба, поскольку величина токовой скорости электронов более чем на порядок превосходит значение тепловой скорости ионов. В этом случае происходит увеличение удельного сопротивления плазменного столба и, как следствие, рост джоулевого тепловыделения.

Вариант формирования перетяжки при столкновении распространяющихся навстречу друг другу приэлектродных плазменных облаков описывается в рамках модели радиационного коллапса. А развитие перетяжечной неустойчивости на фронте испаряющейся анодной плазмы, движущейся по направлению к катоду, связан со скольжением токовой оболочки вдоль боковой поверхности анода за счет эффекта Холла.

Картина поведения собственного излучения плазмы НВИ в видимом диапазоне спектра интегрально за время протекания тока в разряде при уменьшении величины последнего идентична результатам теневого фотографирования при тех же условиях. Во-первых, это говорит о том, что регистрируемые на тенеграммах фотоизображения есть области протекания основного тока разряда. Во-вторых, появляется возможность проведения сравнительного анализа данных теневого фотографирования и результатов наблюдений за областями собственного излучения плазмы НВИ с разрешением во времени. Результатом такого анализа явилось выделение наиболее ярко светящихся областей, соответствующих различным стадиям процесса развития микропинчевого разряда:

на оси электроразрядного устройства и в ближайшей его окрестности области I (рис. 8) соответствует стадия сгребания к оси токоплазменной оболочки, области II - процесс развития перетяжечной неустойчивости плазменного столба, заканчивающийся формированием микропинчей (тонкая двойная временная структура), а области III - стадия развала плазменного образования в межэлектродном промежутке.

Показано, что при импульсном воздействии на поверхность катода потоков плазмы и излучения из области разряда за счет несущественной роли теплопроводности материала катода происходит заметное оплавление лишь

поверхностного слоя толщиной в несколько микрон с выносом материала в радиальном направлении на периферию электрода. Тем не менее, формирование рентгеноаморфного состояния на поверхности связано с достаточной для этого процесса скоростью охлаждения расплава уже по окончании разрядного импульса. Интерпретация результатов исследования компонентного состава поверхности также подтверждает процесс перемещения материала из центральной части на периферию.

Представленные экспериментальные данные позволяют построить качественную картину явлений, происходящих на поверхности электродов. После срабатывания триггерного поджига электроны форплазмы интенсивно бомбардируют анод, а положительные ионы - катод, что приводит к повышению температуры поверхностных слоев. Поскольку начальный вакуум в рабочем объеме не хуже Topp, то возможно, энергетически выгодным на этой стадии развития разряда является процесс сублимации, приводящий к появлению в межэлектродном промежутке вблизи поверхности электродов частично ионизованных паров металла, которые хорошо заметны при теневом фотографировании области разряда. Движение этих облаков пара навстречу друг другу в конечном счете приводит к закорачиванию межэлектродного промежутка и развитию перетяжечной неустойчивости, формирующейся в дальнейшем в микропинч. Одним из необходимых условий образования микропинча, согласно модельным расчетам, является вытекание плазмы из области перетяжки в осевом направлении, что реально и наблюдалось в эксперименте. Как показали проведенные исследования, этот поток является расходящимся, тогда из общих соображений понятным становится факт заплавления осевого отверстия и образования сферической полости в теле катода. Диссипация энергии импульсного потока плазмы в сферической полости приводит к интенсивному испарению тонкого поверхностного слоя (толщиной порядка единиц микрон) катода за счет несущественной роли механизма теплопроводности в его объеме и увеличению давления паров металла, а это в свою очередь является причиной оплавления поверхностного слоя при соответствующей температуре. Под действием градиента давления жидкий металл вытесняется из сферической полости в область разрядного

промежутка, где, некоторая его часть остывая с достаточно большой скоростью на сравнительно холодной поверхности, приводит к образованию валика.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Впервые зарегистрированы распределения ионов, эмитируемых из разрядной области низкоиндуктивной вакуумной искры, в до- и сверхкритическом токовых режимах работы импульсной пинчевой установки с радиально-симметричным плазменным инициированием разряда методом пассивной корпускулярной диагностики.

2. Впервые методом теневого фотографирования проведена визуализация процессов развития сильноточного импульсного разряда низкоиндуктивной вакуумной искры от момента пробоя межэлектродного промежутка и до стадии развала плазменного образования при различной геометрии катодов и при разных значениях энергии, вкладываемой в разряд. Показано, что в диапазоне до 103 рабочих импульсов тока динамика развития разряда остается практически неизменной.

3. Определен характер собственного свечения плазмы низкоиндуктивной вакуумной искры с радиально-симметричным инициированием в видимом диапазоне спектра как с разрешением во времени, так и интегрально по длительности горения разряда,

4. На основании данных теневого фотографирования, результатов регистрации спектров ионов и характера собственного свечения плазмы построена картина развития процессов в межэлектродном промежутке разряда низкоиндуктивной вакуумной искры с радиально-симметричным инициированием.

5. Установлена связь явлений, происходящих на поверхности электродов, с процессами в объеме разрядного промежутка низкоиндуктивной вакуумной искры.

Основные результаты, полученные автором, опубликованы в следующих работах:

1. В.А.Кадетов, Ли Джэн Хун, А.С.Савёлов, О.А.Башутин, Е.Д.Вовченко, К.Н.Коротаев, Д.Е.Прохорович, П.А.Сивко. Исследование динамики микропинчевого разряда и эрозии электродов. - Препринт МИФИ, 015-98, 32 стр.

2. Д.Е. Прохорович, В.А.Кадетов. Исследование эрозии электродов микропинчевого разряда и воздействия его продуктов на диэлектрические поверхности. - Сб. трудов Научной сессии МИФИ-99,1999, т.З, с.115.

3. A.S.Savjolov, O.A.Bashutin, E.D.Vovchenko, V.A.Kadetov, D.E.Prokhorovich, Zh.H.Lee. Micropinch with lateral discharge initiation. -J.Technical Physics, Vol. XL, Nol, (1999), p.283-286.

4. В.А.Кадетов, ВЛ.Курнаев, Ли Джэн Хун, Д.Е.Прохорович, А.С.Савёлов. Экспериментальное исследование эрозии электродов сильноточного импульсного разряда типа "вакуумная искра". - Матер. XTV Междунар. конф. ВИП-14 (ISI-14), 30 авг.-З сент.1999, Звенигород, т.2, с.249-253.

I

5. Д.Е. Прохорович, В.А. Кадетов, B.C. Куликаускас. Модификация поверхности катода в микропинчевом разряде. - Сб. трудов Научной сессии МИФИ-2000, т.4, с.74.

6. Савелов A.C., Башутин O.A., Прохорович Д.Е. Модификация поверхности электродов микропинчевого разряда. - Материалы П Российского семинара: Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды, Москва, МИФИ, 20 - 22 июня 2000г., с.39-41.

7. А.Б. Кукушкин, В.А. Ранцев - Картинов, Д.Е. Прохорович, П.А. Сивко, A.C. Савелов. Диагностика начальной стадии разряда в вакуумной

искре. - Материалы П Российского семинара: Современные средства ^

диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды, Москва, МИФИ, 20 - 22 июня 2000г., с.53 - 55.

8. Кадетов В.А., Прохорович Д.Е., Сивко П.А., Савелов A.C., Башутин O.A., Вовченко Е.Д., Ли Джэн Хун. Динамика излучающего

I

!

I

I

I

микропинчевого разряда и процессы на его электродах. - V международный симпозиум по радиационной плазмодинамике, Москва, июнь 2000 г., с. 108-109.

9. Прохорович Д.Е., Савелов А.С., Башутин О.А., Долгов А.Н. Исследование изменения поверхностной структуры и состава электродов в разряде типа "низкоиндуктивная вакуумная искра". - Сб. трудов Научной сессии МИФИ-2001, т.4, с.98.

10. D.E. Prokhorovich, A.S. Savjolov, О.A. Bashutin, E.D. Vovchenko. Development of surface structure of electrodes due to impact of pulse discharges in a low-inductance vacuum spark installation. - Contributed papers of 21st Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases of 21st SPIG, August 26-August 30,2002, Sokobanja, Yugoslavia, p. 502-505.

11. Долгов A.H., Прохорович Д.Е., Савелов A.C. Исследование корпускулярных потоков из плазмы сильноточного пинчевого разряда в среде тяжелых элементов. - Сб. трудов Научной сессии МИФИ-2003, т.4, с.61-62.

12. А.Н. Долгов, Д.Е. Прохорович, А.С. Савелов. Исследование корпускулярных потоков из плазмы микропинчевого разряда. - Материалы XXX Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, 24-28 февраля 2003 г., г. Звенигород, с. 126.

13. Байков А.Ю., Долгов А.Н., Прохорович Д.Е., Савелов А.С., Салахутдинов Г.Х. Комплексное измерение параметров плазмы микропинчевого разряда на установке ПФМ-72. - Тезисы докладов X Всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной плазмы, г. Троицк, Моск. обл., 8-13 июня 2003 г, с. 5-6.

I

I I

(

Ошечано в полиграфическом центре «ИНЭК» Тираж 100 экземпляров

114600

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Экспериментальные результаты исследований микропинчевых разрядов типа низкоиндуктивной вакуумной искры.

1.1.1. Исследование динамики плазменного канала разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

1.1.2. Исследование корпускулярных потоков из области разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

1.1.3. Исследования процессов на поверхности электродов в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры.

1.2. Теоретические представления о процессах в разрядах низкоиндуктивной вакуумной искры.

1.2.1. Модель радиационного коллапса.

1.2.2. Ускорительные механизмы в плазме низкоиндукгивной вакуумной искры и их влияние на динамику разряда.

1.3. Постановка задачи.

Ф Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Микропинчевая установка ПФМ-72.

2.1.1. Вакуумная часть.

2.1.2. Описание электроразрядного устройства.

2.1.3. Электрическая схема питания электроразрядного устройства.

2.2. Средства и методы диагностики.

2.2.1. Средства контроля за режимами разряда.

2.2.2. Средства диагностики плазменных потоков, эмитируемых из области разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

2.2.3. Средства визуализации процессов, протекающих в межэлектродном промежутке разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

2.2.4. Методы анализа состава и структуры поверхности электродов в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований.

3.1. Режимы работы электроразрядного устройства.

3.2. Плазменные потоки из области разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

3.3. Теневое фотографирование и исследование динамики собственного свечения плазмы разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

3.4. Исследования поверхностной структуры электродов разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

Глава 4. Обсуждение результатов экспериментальных исследований.

4.1. Плазменные потоки из области разряда низкоиндуктивной вакуумной искры.

4.2. Динамика разрядного канала низкоиндуктивной вакуумной искры.

4.3. Процессы на поверхности электродов в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры.

Импульсные электрические разряды, в которых реализуется так называемый пинч-эффект (свойство электрического токового канала в проводящей среде уменьшать свое сечение под действием собственного, порождаемого самим током, магнитного поля [1]) привлекают внимание физиков уже на протяжении многих десятилетий.

В первую очередь это связано с идеей, высказанной еще в 50-х годах прошлого века, о возможности осуществления термоядерных реакций в газовых разрядах: особенно большой интерес представляло возбуждение термоядерных реакций в дейтерии и в смеси дейтерия и трития [2]. При этом основное внимание уделялось двум типам пинчей - линейному и тороидальному. Предполагалось, что плазма в них при протекании тока будет нагреваться как за счет джоулевого тепловыделения, так и при адиабатическом сжатии собственным магнитным полем. Однако, в первых же экспериментах выяснилось, что процесс пинчевания сопровождается развитием разного рода плазменных неустойчивостей, приводящих к разрушению самого пинча. Поэтому в простейших вариантах пинчей не удалось решить задачу управляемого термоядерного синтеза, но до сих пор продолжаются исследования в этом направлении [3-8].

Следует отметить, что неустойчивости плазмы проявляются и во многих других типах устройств, где они либо стабилизируются с помощью магнитных полей (токамаки [9, 10, 11], 0-пинчи [12, 13] и др.), либо сами эти неустойчивости используются для получения короткоживущей сверхплотной горячей плазмы (плазменный фокус [14, 15, 16], микропинчи [17,18,19]).

Пинчевые установки перспективны для целого ряда прикладных научно-технических задач в качестве источников: нейтронов с энергиями 2,45 МэВ (¿/-¿/ реакции) и 14 МэВ (с/-? реакции); электромагнитных излучений сверхвысокочастотного, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов; пучков быстрых электронов и ионов с токами ~ 106 А при энергиях частиц от сотни килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт, а также мощных плазменных потоков [20].

В данной работе изучается динамика разряда типа "низкоиндуктивная вакуумная искра (НВИ)" (в ряде литературных источников встречается также термин "малоиндуктивная вакуумная искра (МВИ)") в диапазоне достигаемых величин токов 40^-150 кА. Известно, что при превышении тока над критическим, определяемым балансом между джоулевым тепловыделением в плазменном канале и потерями энергии на излучение (для плазмы железа - 50 кА), в разрядах данного типа реализуется режим микропинчевания, сопровождающийся рождением уникального по своей природе объекта - плазменной точки ПТ (или микропинча). Усилия подавляющего числа исследователей были направлены на изучение природы возникновения ПТ и ее излучательных характеристик в процессе "жизни". Фактически, исследовались режимы работы электроразрядных устройств НВИ в режиме с микропинчеванием. Для понимания физической картины явлений, предворяющих образование ПТ в микропинчевых разрядах (МПР) типа НВИ, целесообразно провести исследования динамики плазменного канала МПР при различной величине тока, протекающего в межэлектродном промежутке (скейлинг по току).

Являясь источником вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгеновского излучения, микропинчевой разряд с точки зрения технического применения оказывается перспективным для целей рентгенолитографии [21, 22, 23], создания лазеров рентгеновского диапазона [24] и т.п.; при разработке эффективных источников многозарядных ионов для ядерно-физического эксперимента [25, 26].

Увеличение ресурса работы микропинчевой установки с воспроизводимостью спектра излучения от импульса к импульсу на различных стадиях выработки электродной системы является актуальной задачей для вышеперечисленных приложений.

Поэтому целью настоящей работы является исследование динамики разряда НВИ и его эмиссионных характеристик в зависимости от величины силы тока, протекающего в разряде, и числа рабочих импульсов, а именно:

• визуализация динамики канала плазмы НВИ при различной величине силы тока, достигаемой в разряде;

• изучение собственного свечения области разряда в видимом диапазоне спектра с пространственным и временным разрешением;

• исследования скейлинга по току в динамике эмитируемых из области разряда плазменных потоков;

• исследования процессов на электродах, в парах материалов которых и осуществляется данный тип разряда.

В первой главе диссертации проводится обзор методов и результатов экспериментальных исследований микропинчевых разрядов, реализуемых в устройствах типа НВИ, и теоретических моделей, посвященных описанию процессов в сильноизлучающей плазме 2-пинчевых разрядов, к которым относится НВИ.

Наглядную информацию о динамике канала плазмы НВИ можно получить при использовании метода теневого фотографирования разрядной области с использованием лазерного источника в качестве осветителя. В сочетании с регистрацией тока, протекающего в канале плазмы НВИ, и обскурографированием области межэлектродного промежутка теневая методика позволяет, в целом, реконструировать картину развития разряда, в которой формирование перетяжки плазменного столба осуществляется примерно в центре разрядного промежутка при слиянии анодного и катодного плазменных облаков [42]. В некоторых работах [31, 40] было отмечено формирование (помимо указанной) также и прианодной перетяжки.

В то же время в других исследованиях [35, 36] динамики НВИ на основе регистрации ЭОП-ом собственного излучения плазмы в видимом диапазоне спектра фиксировали перетяжку лишь на границе облака анодной плазмы (возникшей в результате электронной бомбардировки анода), которая двигается в сторону катода. По мере продвижения перетяжки в ней рождаются ПТ.

Таким образом, при исследовании одного и того же объекта имеется неопределенность в трактовании экспериментальных результатов, полученных независимыми методами.

При этом следует отметить, что излучение плазмы микропинчевых разрядов в видимой области хорошо коррелирует с излучением в рентгеновском диапазоне спектра, вклад в который, в частности, вносит и излучение из ПТ.

Измерения корпускулярных потоков из области НВИ были связаны, в основном, с исследованием динамики ускоренной электронной компоненты. Динамике же плазменных потоков уделялось гораздо меньше внимания. Кроме того, не изучался скейлинг по току, а именно он способен внести существенный вклад в понимание физики, происходящих в НВИ, процессов. Отметим также, что на данный момент исследования в этой области ограничены лишь рамками теоретических моделей, прежде всего моделью радиационного коллапса.

Литературные данные о процессах на электродах в разряде НВИ ограничиваются рассмотрением качественного (общего) характера разрушения под воздействием плазменных потоков и илучения. Тем не менее, данная область исследований важна, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, микропинчевой разряд является перспективным технологическим источником для решения целого ряда научно-прикладных задач, и здесь первостепенную роль играет ресурс работы подобного рода установок. Во-вторых, рабочей средой для формирования разряда типа НВИ являются пары материалов электродов и изучение перемещения этих материалов в межэлектродном промежутке способно дополнить информацию о процессах в плазменном канале МПР.

Во второй главе приводится описание экпериментальной установки ПФМ-72, выбранных (в соответствии с целью работы) средств и методов диагностики. Данные методики были использованы для:

• исследования плазменных потоков из области МПР в осевом и радиальном направлениях;

• визуализации динамики плазменного канала и областей собственного свечения разряда НВИ в видимом диапазоне спектра как с разрешением во времени, так и интегрально по длительности разрядного импульса;

• изучения деградации электродной системы в ходе эксплуатации установки, исследования компонентного и структурного составов поверхностных слоев и закономерностей перемещения материалов анода и катода в разрядном промежутке.

В третьей главе описаны результаты экспериментальных исследований вышеизложенными методами.

Четвертая глава посвящена обсуждению результатов экспериментальных исследований плазменных потоков из области разряда НВИ, динамики разрядного канала и процессов на поверхности электродов.

В заключении сформулированы основные выводы из диссертации.

Заключение

Отметим основные результаты, полученные в рамках данной диссертационной работы.

1. Впервые зарегистрированы распределения ионов, эмитируемых из разрядной области низкоиндуктивной вакуумной искры, в до- и сверхкритическом токовых режимах работы импульсной пинчевой установки с радиально-симметричным плазменным инициированием разряда методом пассивной корпускулярной диагностики.

2. Впервые проведена визуализация процессов развития сильноточного импульсного разряда низкоиндуктивной вакуумной искры от момента пробоя межэлектродного промежутка и до стадии развала плазменного образования при различной геометрии катодов и при разных значениях энергии, вкладываемой в разряд. Показано, что в диапазоне до 103 рабочих импульсов тока динамика развития разряда остается практически неизменной.

3. Определен характер пространственно-временной структуры свечения плазмы низкоиндуктивной вакуумной искры с радиально-симметричным инициированием в видимом диапазоне спектра.

4. На основе теневых изображений, распределений ионов по скоростям и характера свечения плазмы в видимом и рентгеновском диапазонах спектра выявлена тенденция развития процессов в межэлектродном промежутке разряда низкоиндуктивной вакуумной искры с радиально-симметричным инициированием.

5. Установлена связь процессов в объеме разрядного промежутка низкоиндуктивной вакуумной искры с явлениями, происходящими на поверхности электродов. ♦♦

В заключение автор выражает глубокую признательность Куликаускасу Вацлаву Станиславовичу (НИИЯФ МГУ) за выполнение количественных измерений компонентного состава поверхности катода и Скрытному Владимиру Ильичу (МИФИ, каф. 9) за проведение рентгеноструктурного анализа поверхности электродов.

1. Т.И. Филиппова, Н.В. Филиппов. Пинч-эффект. Физика. БЭС / Гл. ред. A.M. Прохоров. - 4-е изд. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999, с. 532-533.

2. Игорь Васильевич Курчатов в воспоминаниях и документах. -М.: ИздАт, 2003. 656 с.

3. Wessel F.G., Etlicher В., Choi P. // Phys. Rev. Lett. 1992, v.69, p. 3181.

4. Вихрев B.B., Розанова Г.А. Моделирование динамики развития перетяжки в z-пинче в условиях существенного термоядерного тепловыделения. Физика плазмы, 1993, т. 19, вып. 1, с. 79-85.

5. Smirnov V.P. et al. // Third Intern. Conf. on Dense Z-Pinches. London, 1993, AIP CP 299. p.580.

6. Linhart J.G. // Third Intern. Conf. on Dense Z-Pinches. London, 1993, AIP CP 299. p.665.

7. B.B. Вихрев, A.B. Добряков, О.З. Забайдуллин. Моделирование развития перетяжки z-пинча при наличии мощного термоядерного тепловыделения. Физика плазмы, 1996, т. 22, № 2, с. 105-116.

8. JI. Бильбао, Дж. Г. Линхарт. Численное моделирование z-пинча в DT-плазме. Физика плазмы, 1996, т. 22, № 6, с. 503-521.

9. Тельковский В.Г., Храброе В.А. Квазистационарные термоядерные установки (токамаки). М.: Изд. МИФИ, 1985. -92 с.

10. Report on the 11 th European Tokamak Programme Workshop, Collated by F. Engelmann. Plasma Physics and Controlled Fusion, 1993, v. 35, № 10, p. 1451-1477.

11. Ю. Н. Днестровский, по поручению команды Т-10. Физические результаты работы установки Т-10. Физика плазмы, 2001, т. 27, №10, с. 873-891.

12. F.R.T. Luna, G.H. Cavakanti, A.G. Trigueiros. A theta-pinch as a spectroscopic light source. Journal of Physics D: Applied Physics, 1998, v. 31, №7, p. 866-872.

13. Жданов C.K., Трубников Б.А. Оптимальное сжатие плазмы в Z- и 0-пинче. Письма в ЖЭТФ, 1975, т. 21, вып. 6, с. 371-374.

14. Филиппов Н.В. Обзор экспериментальных работ, выполненных в ИАЭ им. И.В. Курчатова, по исследованию плазменного фокуса. -Физика плазмы, 1983, т. 9, вып. 1, с. 25-44.

15. Mather J.W. Formation of a High-Density Deuterium Plasma Focus. -Phys. Fluids, 1965, v. 8, № 2, p. 366.

16. Sadowski M., Herold H., Schmidt H., Sharhatre M. Filamentory structure of the pinch column in plasma focus discharges. Phys. Letters, 1984, v. 105 A, № 3, p. 117-123.

17. Бурцев В.А., Грибков В.А., Филиппова Т.И. Высокотемпературные пинчевые образования. Итоги науки и техники. Серия: Физика плазмы, т. 2, М.: 1981, с. 80-137.

18. K.N. Koshelev, N.R. Pereira. Plasma points and radiative collapse in vacuum sparks. J. Appl. Phys., 1991, v. 69, p. R21-R44.

19. Лукьянов С.Ю., Ковальский Н.Г. Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. М.: МИФИ, 1997. 432 с.

20. O.G. Semyonov, А.Е. Gurey, А.Р. Kanavin and A.A. Tikhomirov. Applications of micropinch x-ray source. J. Vac. Technol. B, 2001, v.19(4), p.1235-1240.

21. D. Stutman and M. Finkenthal. Investigation of the low-inductance vacuum spark as a source of soft X-ray atomic quasi-continua for optical pumping. J. Phys. B: At Mol. Opt. Phys., 1997, v. 30, p. 951-961.

22. Быковский Ю.А., Лагода В.Б.,Шерозия Г.А. Получение тяжелых ионов с Z>20. Письма в ЖЭТФ, 1979, т.30, вып.8, с.489-491.

23. A. Anders, I.G. Brown, M.R. Dickinson, R.A. MacGill. High energy metal ion implantation using a novel, broad-beam, Marx-generator-based ion source "Magis". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 1997, v.127/128, p.992-995.

24. Cohen L., Feldman V., Swartz M., Underwood J.H. Study of the X-Rays Produced by a Vacuum Spark. J. Opt. Soc. Amer., 1968, v. 58, № 6, p. 843-846.

25. В.И. Афонин, В.П. Лазарчук, С.И. Петров, А.В. Потапов. Исследование параметров плазменных точек в Z-пинче. Физика плазмы, 1997, т. 23, № 11, с. 1002-1007.

26. Л.Е. Аранчук, C.A. Данько, A.B. Копчиков, В.Д. Королев, А.С. Чуватин, В.В. Яньков. Экспериментальное исследование плазмы в перетяжке быстрого Z-пинча. Физика плазмы, 1997, т. 23, №3, с. 215-221.

27. Веретенников В.А., Грибков В.А., Кононов Э.Я., Семенов О.Г., Сидельников Ю.В. Исследование динамики разряда малоиндуктивной вакуумной искры с помощью лазерной теневой методики. Физика плазмы, 1981, т. 7, вып. 2, с. 455-463.

28. Колошников Г.В., Кошелев К.Н., Сидельников Ю.В., Чурилов С.С. Лазерное инициирование разряда малоиндуктивной вакуумной искры. Физика плазмы, 1985, т. 11, вып. 2, с. 254-258.

29. J. Davis, J.L. Giuliani, Jr., and M. Mulbrandon. Influence of L-shell dynamics on K-shell yields for imploding krypton Z-pinch plasmas. -Phys. Plasmas, 1995, v. 2, № 5, p. 1766-1774.

30. Алиханов Г.С., Васильев В.И., Кононов Э.Я., Кошелев Ю.В., Сидельников Ю.В., Топорков Д.А. // Физика плазмы, 1984, т. 10, с. 1051.

31. Lee T.N., Elton R.C., X-Radiation from optical and inner shell transitions in a highly ionized dense plasma. Phys. Rev. A, 1971, v. 3,№3,p. 865-871.

32. Lee T.N. High density ionization with an intense linear focus discharge. Annals of New York Academy of Sciences, 1975, v. 251, p. 112-125.

33. Negus C.R., Peacock N.J. Local regiones of high-pressure plasma in a vacuum spark. J. Phys. D: Appl. Phys., 1979, v.12, p.91.

34. Веретенников B.A., Полухин C.H., Семенов О.Г., Сидельников Ю.В. Экспериментальное исследование динамики микропинча вакуумной искры. Физика плазмы, 1981, т.7, вып.6, с.1199-1207.

35. Веретенников В.А., Гурей А.Е., Писарчик Т., Полухин С.Н., Рупасов А.А., Саркисов Г.С., Семенов О.Г., Шиканов А.С. Измерение пространственных параметров плазмы микропинчевого разряда по эффекту Фарадея Физика плазмы, 1990, т. 16, вып.7, с.818-822.

36. Полухин С.Н. Исследование разряда малоиндуктивной вакуумной искры лазерно-оптическими методами. Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: ФИАН, 1992, - 144с.

37. Chuanqui, М. Favre, E.S. Wyndham, R. Aliaga Rossel, I. Mitchell, L. Soto. Observation of plasma dynamics in the vacuum spark. Phys. Plasmas, 1995, v.2, №10, p.3910-3916.

38. Ли Джен Хун. Динамика развития микропинчевого разряда типа низкоиндуктивная вакуумная искра с поперечным плазменным инициированием. Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: МИФИ, 1999, -125с.

39. Beier R. Weak-line detection in the X-ray spectrum of a niobium plasma produced by a low-inductance vacuum spark. Z. Physik, 1979, V.292, №3, P.219-226.

40. Beier R., Kunze H.J. Observation of line radiation from highly charged Mo ions in a vacuum spark plasma. Z. Physik, 1978, V.285A, №4, P.347-352.

41. Beier R., Bachmann C., Burhenn R. Investigation of the polarization of nonthermal bremsstrahlung from a vacuum spark plasma. J. Phys. D: Appl. Phys, 1981, V.14, P.643-648.

42. Cilliers W.A., Dalta R.U., Griem H.R. Spectroscopy measurements on vacuum spark plasmas. Phys. Rev., 1975, V.12A, №4, P. 1408-1418.

43. А.А. Горбунов, M.A. Гулин, A.H. Долгов, O.B. Николаев,

44. A.С. Савелов. Прямая регистрация потока надтепловых электронов из плазмы микропинчевого разряда. Письма в ЖЭТФ, 1989, т.50, вып.7, с.320-322.

45. В.В. Аверкиев, М.А. Гулин, А.Н. Долгов, В.В. Кушин,

46. B.К. Ляпидевский, Н.В. Масленникова, О.В. Николаев, А.С. Савелов, Г.Х. Салахутдинов. Диагностика жесткого рентгеновского излучения и быстрых электронов плазмы микропинча, Препринт 014-90,11с.

47. М.А. Гулин, А.Н. Долгов, Н.Н. Кириченко, А.С. Савелов. Исследование энергетического состава электронной эмиссии изплазмы микропинчевого разряда с разрешением во времени. -ЖЭТФ, 1995, т. 108, вып.4(10), с.1309-1317.

48. В.А. Веретенников, А.И. Исаков, О.Н. Крохин, Семенов О.Г., Сидельников Ю.В. Временные характеристики рентгеновского излучения вакуумной искры. Препринт ФИ А H №59, Москва, 1983,-20с.

49. Быковский Ю.А., Лагода В.Б., Шерозия Г.А. Пространственное распределение ионной эмиссии из малоиндуктивного разряда, инициируемого лазером. ЖТФ, 1980, т.50, с. 1357-1358.

50. Быковский Ю.А., Грузинов А.Е., Ланчава Б.М., Сильнов С.М. Характеристики ионной эмиссии малоиндуктивного пинчевого разряда (МПР) с лазерным инициированием. Физика плазмы, 1991, т. 17, вып.7, с.885-888.

51. Ю.А. Быковский, Г.А. Шерозия. Многозарядные ионы плазменных точек. ЖЭТФ, 1982, т.83, вып.2(8), с.554-563.

52. В.А. Веретенников, А.Е. Гурей, А.Н. Долгов, О.Г. Семенов, А.А. Тихомиров. Плазма микропинчевого разряда как источник ионов тяжелых элементов. Письма в ЖТФ, т.21, вып.22, с.78-81.

53. А.Н. Долгов. Результаты регистрации энергетического спектра корпускулярной эмиссии из плазмы микропинчевого разряда. -Физика плазмы, 1996, т.22, №7, с.629-633.

54. Долгов А.Н. Экспериментальное исследование излучения и корпускулярных потоков из плазмы микропинчевого разряда. -Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: ФИАН, 1988, 182с.

55. Shearer J.W. Contraction of z-pinches actuated by radiation losses. -Phys. Fluids, 1976, №9, v.19, p.1426-1428.

56. Вихрев В.В., Иванов В.В., Кошелев К.Н. Формирование и развитие микропинчевой области в вакуумной искре. Физика плазмы, 1982, т.8, вып.6, с.1211-1219.

57. Кононов Э.Я., Кошелев К.Н., Сидельников Ю.В. Спектры многократно ионизованных атомов железа в малоиндуктивном вакуумном разряде и нестационарная модель "плазменной точки". Физика плазмы, 1977, т.З, вып.З, с.663-673.

58. Кононов Э.Я., Кошелев К.Н., Сафронова У.И., Сидельников Ю.В., Чурилов С.С. Спектроскопические измерения электронной плотности плазмы "горячей точки". Письма в ЖЭТФ, 1980, т.31, вып. 12, с.720-723.

59. Seely J.F., Lee T.N. Density measurements in a vacuum spark discharge microplasma from the inner-shel exitation of satelite transitions. Phys. Rev., 1984, v.29, №1, p.411-414.

60. Вихрев B.B., Иванов B.B., Кошелев K.H., Сидельников Ю.В. О возможности повышения температуры микропинчевой области вакуумной искры. ДАН СССР, 1982, т.262, №6, с.1361-1363.

61. Анциферов П.С., Вихрев В.В., Иванов В.В., Кошелев К.Н. Температура плазменных точек в вакуумно-искровых разрядах. -Физика плазмы, 1990, т. 16, вып.8, с. 1018-1023.

62. Sidelnikov Yu.V., Kononov E.Ya., Koshelev K.N. X-ray diagnostics of hot dense plasma in low-inductance vacuum spark. Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Res., 1985, v.B9, №4, p.724-726.

63. E.B. Аглицкий, A.M. Панин. Измерение электронной плотности плазмы микропинча низкоиндуктивной вакуумной искры по спектрам высокозарядных //е-подобных ионов. Физика плазмы, 1994, т.20, №10, с.877-885.

64. Ch.K. Erber, O.H. Herzog, А. Schulz, E.J. Clothiaux, F. Waiden, H.-J. Kunze. Optimization of micropinch plasmas produced by vacuum spark discharges. Plasma Sources, Science and Technology, 1996, v.5, p.436-441.

65. Ch.K. Erber, K.N. Koshelev, H.-J. Kunze. Time development of Mg micropinches in a low-inductance vacuum spark discharge. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2000, v.65, p. 195-206.

66. Имшенник B.C., Боброва H.A. Динамика столкновительной плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1997. - 320с.

67. Веретенников В.А., Долгов А.Н., Крохин О.Н., Семенов О.Г. Структура микропинча в сильноточном разряде. Физика плазмы, 1985, т. 11, вып.8, с.1007-1010.

68. Аверкиев В.В., Долгов А.Н., Ляпидевский В.К., Савелов A.C., Салахутдинов Г.Х. Многоканальная регистрация динамики рентгеновского излучения микропинчевого разряда. Физика плазмы, 1992, т. 18, вып.6, с.724-732.

69. Гуреев К.Г. Возможный механизм ускорения ионов в нецилиндрическом Z-пинче. ЖТФ, 1980, т.50, вып.2, с.327-335.

70. Kondoh Y., Hirano К. Numerical study of an acceleration in a Z-pinch type plasma focus. Phys. Fluids, 1978, v.21, №9, p.1617-1622.

71. Трубников Б.А. Ускорение частиц и рождение нейтронов в перетяжках плазменных пинчей. Физика плазмы, 1986, т. 12, вып.4, с.468-487.

72. Fukai J., Glothiaux E.J. Mechanism for the hard x-ray emission in vacuum spark discharge. Phys. Rev. Letters, 1975, v.34, №4, p.863-866.

73. Ю.А. Быковский, В.Б. Лагода. Локальные высокотемпературные плазменные образования сильноточного линчующегося разряда. -ЖЭТФ, 1982, т.83, вып. 1 (7), с.114-127.

74. Haines M.G. Ion beam formation in an m = 0 unstable z-pinch. Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Res., 1983, v.207, №1, p. 179-185.

75. Долгов A.H., Кириченко H.H., Ляпидевский В.К., Савелов A.C., Салахутдинов Г.Х. Наблюдаемый спектр излучения микропинча в диапазоне 1 кэВ < hv < 300 кэВ и процессы в его плазме. Физика плазмы, 1993, т. 19, вып.1, с.97-103.

76. Салахутдинов Г.Х. Многодетекторные сцинтилляционные системы для спектроскопии импульсного рентгеновского излучения горячей плазмы. Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: МИФИ, 1991, - 156с.

77. Тюрюканов П.М., Ходаченко Г.В. Метод измерения импульсных напряжений. ПТЭ, 1984, №3, с.121-123.

78. Schwöb I.L., Frankel B.S. Evidence for high temperature in minute plasma points from x-ray spectra of FeXXV and FeXXVI. Phys. Letters, 1972, v.40A, №1, p.81-82.

79. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике: 4-е изд., испр. М.: Наука. Физматлит, 1996. - 624с.

80. Диагностика плазмы. Под ред. Р. Хаддлстоуна и С. Леонарда, М.: МИР, 1967, с.442-443.

81. Физика быстропротекающих процессов. Пер. под ред. H.A. Златина, М.: "Мир", 1971, Т.З, С.303.

82. А.Н. Зайдель, Г.В. Островская. Лазерные методы исследования плазмы. Л.: Наука, 1977, 219с.

83. Диагностика термоядерной плазмы. Под ред. С.Ю. Лукьянова, М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 34-87.

84. Диагностика плотной плазмы. Под ред. Н.Г. Басова, М.: Наука, 1989, с. 17-75.

85. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986, с. 22-26.

86. Д. Вулдраф, Т. Делчар. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир, 1989, с. 305-313.

87. Veerbek Н., Backscattering of light ions from metal surfaces. -Radiation Effects on Solid Surfaces, 1976, №10, p. 245-261.

88. Машкова E.C., Молчанов В.А. Рассеяние ионов средних энергий поверхностями твердых тел. М.: Атомиздат, 1980,215 с.

89. Физическая энциклопедия, т. 4, М.: Научн. изд. Большая Российская энциклопедия, 1994, с. 369-375.

90. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. И доп. М.: Металлургия, 1986, 544 с.

91. Физика. БЭС / Гл. ред. A.M. Прохоров. 4-е изд. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999, с. 639-642.

92. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме, М., Атомиздат, 1969, с. 192-194.

93. Козлов Н.П. Основы физики плазмы. М., 1997, с. 52-63.

94. Гулин М.А., Долгов А.Н., Николаев О.В., Савелов A.C. О параметрах излучающей плазмы в микропинчевом разряде. -Физика плазмы, 1990, т.16, вып.8, с.1015-1017.

95. Ю.А. Быковский, В.Б. Лагода, Г.А. Шерозия. Особенности нагрева плазмы, содержащей многозарядные ионы, в Z-пинче. -Письма в ЖЭТФ, 1980, т. 31, вып. 5, с. 265-268.

96. В В. Вихрев, О З. Забайдуллин, А.Р. Терентьев. Моделирование динамики плазменной оболочки Z-пинча вблизи электродов. -Физика плазмы, 1995, т.21, №1, с.23-30.

97. В.И. Афонин О миграции плазменных точек в Z-пинче. Физика плазмы, 1995, т. 21, Ж7, с.648-649.

98. Кошелев К.Н., Сидельников Ю.В., Вихрев В.В., Иванов В.В. -Спектроскопия многозарядных ионов в горячей плазме. М.: Наука, 1991, с.163.

99. Сливков И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме. -М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 5-6.

100. Каргин И.А., Миронов Б.Н. О влиянии потенциальных возмущений в области катода на формирование микропинчей в плазме Z-пинча. Физика плазмы, 1993, т. 19, вып. 8, с.1041-1045.

101. Б.Н. Миронов Пространственно-временные измерения некоторых параметров плазмы микропинча в диапазоне мягкого рентгеновского излучения с энергией квантов Е « 1 кэВ. Физика плазмы, 1994, т. 20, №6, с.546-549.

102. А.Д. Погребняк, Ю.Н. Тюрин, А.П. Кобзев. Модифицирование и легирование a-Fe с помощью воздействия высокоскоростной импульсной плазменной струи. Письма в ЖТФ, 2001, т. 27, вып. 15, с.1-8.