Medvedeva (1248221)
Текст из файла
СодержаниеВведение ........................................................................................................................................ 31.2.Работа тройного ленгмюровского зонда на установке ГОЛ-3 ................................... 61.2.Конструкция и схема включения зонда ....................................................................
101.3.Особенности работы зонда на установке ГОЛ-3 ...................................................... 121.4.Оценка погрешностей ................................................................................................. 15Изучение процессов расширения и отрыва плазмы от силовых линийведущего магнитного поля ...................................................................................................... 153.2.1.Теоретические модели ................................................................................................ 152.2.Методика измерения ................................................................................................... 172.3.Результаты .................................................................................................................... 19Изучение взаимодействия РЭП и потока плазмы с поверхностью .........................
233.1.Мишенная плазма ........................................................................................................ 233.2.Методика измерения ................................................................................................... 233.3.Результаты ....................................................................................................................
25Заключение ................................................................................................................................. 27Благодарности ............................................................................................................................ 28Список литературы ...................................................................................................................
292 ВведениеОдним из альтернативных подходов к решению проблемы управляемоготермоядерногосинтезаявляетсяразработкареакторанаосновеаксиально-симметричной многопробочной ловушки, идея которого предложена Г.И. Будкером,В.В. Мирновым и Д.Д. Рютовым [1]. Суть этого метода удержания плазмы заключаетсяв том, что магнитное поле соленоида делается гофрированным, так что приопределенных параметрах плазмы частицы захватываются в отдельные пробкотроны.Открытые ловушки для удержания плазмы развивались как установки для полученияфундаментальных знаний по физике плазмы и в качестве кандидатов для термоядерныхприложений.
В настоящее время исследования по системам открытого типа ведутся внескольких лабораториях мира, в том числе в Институте ядерной физики им.Г.И.Будкера.Рис. 1 Установка ГОЛ-3.Установка ГОЛ-3 была создана для изучения важных физических проблем,связанных с созданием термоядерной плазмы с помощью нагрева электронным пучкоми ее удержанием в длинных многопробочных магнитных системах открытого типа. Вчисле исследуемых вопросов - пучковый нагрев плотной плазмы, удержание ионнойкомпонентыплазмы,продольныепотериэнергиизасчетэлектроннойтеплопроводности, стеночное удержание плотной плазмы, исследование эрозии и3 модификации твердотельных материалов при воздействии мощных плазменных иэлектронных потоков.
Схема установки приведена на рис.1. Магнитная система длинойоколо 18м состоит из участка для транспортировки и сжатия греющего электронногопучка длиной около 4 м, основного соленоида длиной ~ 12м с периодом гофрировки 22см и отношением Bmax/Bmin=4,8/3,2 Т, расширителя с уменьшением поля на два порядка.Плазма нагревается электронным пучком (1 МэВ, 30 кА, 8 мкс, с полнымэнергосодержанием до 200 кДж) за счет возбуждения в плазме сильной ленгмюровскойтурбулентности, так что к моменту окончания инжекции электронная температурадостигает 2-4 кэВ.Сценарий эксперимента следующий: вакуумная камера установки заполняетсярабочим газом (водородом или дейтерием) с концентрацией 1014-1015 см-3, после чеговключается ток в катушках соленоида.
Через 12,5 мс после подачи напряжения насоленоид с помощью выходного узла в камере зажигается разряд и создаетсяпредварительная плазма с температурой порядка 0,5-2 эВ, необходимая для достижениямакроскопической устойчивости системы электронный пучок - плазма. Часть токаразряда протекает вдоль магнитного поля на всю длину установки, производяионизацию газа и обеспечивая компенсацию пространственного заряда и токаэлектронного пучка.
Через 30 мкс, когда ток разряда достигает максимума, в плазмуинжектируется электронный пучок, создаваемый ускорителем У-2. После окончанияинжекции пучка плазма остывает за счет продольной электронной теплопроводности.Расширитель установки ГОЛ-3 необходим для уменьшения нагрузки наколлектор. Очевидной становится задача исследования параметров плазмы в нем всвете работ по управляемому термоядерному синтезу, удержанию плазмы в открытыхловушках, взаимодействию ее с поверхностью. Но в связи с развитием космическойтехники и повышением спроса на плазменные двигатели возникает и другая задача:изучить поведение плазмы в расширителе ГОЛ-3, который является аналогом соплаплазменного двигателя. Магнитное сопло призвано ускорять поток плазмы, переводяего тепловую энергию в кинетическую энергию направленной струи.Проблемасостоит в том, что заряженные частицы, двигаясь вдоль замкнутых силовых линиймагнитного поля, не могут оторваться от космического корабля, чтобы произвестиреактивную силу.
Однако существуют механизмы, способные решить эту проблему [2].Роль тех или иных механизмов в процессе отрыва плазмы от ведущего магнитногополя, а также эффективность плазменного двигателя можно изучать как теоретически,так и экспериментально. Так например, в работе [6] обнаружен эффект формирования4 области нулевого магнитного поля вблизи оси расширителя, который позволяетчастицам оторваться от ведущего магнитного поля. Численное моделирование можнопроизводить в рамках метода частиц [3], как это сделано в работе [4].Рис. 2 Расширитель установки ГОЛ-3.Для измерения параметров горячей плазмы активно используются зондовыеметодики, в частности, электростатические зонды Ленгмюра, позволяющие определитьлокальные значения температуры и плотности плазмы.
Они применялись дляисследования газовых разрядов еще на рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий,например, У. Круксом. Классическая теория работы зонда в плазме без внешнегомагнитного поля была разработана Ленгмюром [8-10]. Относительная простотаконструкции зондов Ленгмюра и большой объем получаемой информации делает этотметод одним из важнейших. Следует отметить, что зондовые методики широкоиспользуются для измерения параметров околоземной плазмы (n ∼ 106 см-3), плазмыгазовых разрядов (n ~ 108 - 1016см-3), периферийной плазмы крупных токамаков(n ~ 1013 - 1015 см-3) и т.д. [7]. Однако существует множество экспериментальныхситуаций, в которых попытка применения зондов наталкивается на серьезныетрудности.
Большое число теоретических работ посвящено проблеме возмущенияплазмы зондом [11]. Наиболее важными объектами, потребовавшими развитияклассической теории зондов, явились замагниченная плазма и плазма при высокомдавлении [7].Для изучения поведения плазмы в магнитном поле расширителя ГОЛ-3 былорешено создать систему из зондов Ленгмюра, позволяющую определять температуру и5 плотность в произвольной точке расширителя. Целью данной работы было разработатьмеханизм позиционирования, электрическую схему включения и питания тройноголенгмюровского зонда, протестировать его работу, сравнивая полученные данные срасчетными.1. Работа тройного ленгмюровского зонда на установкеГОЛ-31.1.
Принцип работы зонда ЛенгмюраОдиночный электрический зонд Ленгмюра представляет собой тонкуюметаллическую проволочку, которая изолируется по всей длине, кроме самого кончика.Электрическое поле, возникающее при подаче на зонд напряжения, меняет характердвижения заряженных частиц вблизи него и их плотность.Зонд, работающий в режиме отталкивания частиц одного сорта, например,электронов, создает около себя область, где плотность частиц другого сорта выше, чемв окружающей невозмущенной плазме. При больших разностях потенциала междузондом и плазмой можно считать, что переходный слой работает как диод, ток вкотором ограничен полем пространственного заряда собираемых частиц.
На внешнююграницу слоя поступает поток частиц, равный по порядку величины тепловому иприизменениинапряженияUтолщинаэтогослояподстраиваетсяne vTe,4подсоответствующую плотность тока, следуя закону ''трех вторых’’:3/ 2j ∝ eU9π m ⋅ d 2,(1)где m - масса частиц, d - размер слоя. Если размер слоя пространственного заряда малпо сравнению с характерным размером зонда, то задача о нахождении тока на зонд взависимости от потенциала на нем становится фактически одномерной [2].Когда зонд находится под большим отрицательным потенциалом по отношениюк окружающей плазме, электроны отталкиваются от зонда. В этом случае все ионы,попадающие на внешнюю границу слоя, собираются зондом: плотность тока на него независит от потенциала и равна ионному току насыщения (рис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
