Основы физики плазмы - Кролл Н.
Скачать (прямая ссылка):
Направление магнитного поля В среднем под угл Земля в направлении к силовые линии —спирал ом 45° к оси Солнце— Солнцу или от Солнца; [И
Электронная циклотронная частота — —500 с-1
Проюнная циклотронная частота — -0,3 с-1
Плотность энергии магнитного поля 60 эВ/см3 (поле by) 1000 эВ/см3 (поле ЗОу)
Плотность тепловой энергии 40—150 эВ/см3 500-1500 эВ/см3
Плотность энергии направленного движения 6000-10 000 эВ/см3 100 000 эВ/см3
Поток энергии —0,5 эрг/см2 - с — 15 эрг/см2 • с
Альфвеновская скорость 30—70 км/с 70—120 км/с
Отношение средней скорости плазмы к альфвеновской скорости 5: 14 4 : 7
Расчетные параметры в типичных условиях
Дебаевский радиус 10 м
Плазменная частота о сл о I
Время между электрон-электрон-ными столкновениями 4 • IO5 с
Средняя длина свободного пробега (электроны и протоны) 7 • 109 M
Частота появления Степень ионизации
Состав
Направление потока
42
ГЛАВА I
Плазма как состояние вещества представляет собой сложное образование, поэтому измерение ее характеристик в явном и однозначном виде — сложная задача. Например, определение местоположения твердого тела, жидкости или обычного газа — обычно тривиальная задача; однако определить положение плазмы с желаемой степенью точности иногда просто невозможно. Так, например, в импульсном пробкотроне плазма низкого дав* ления захватывается слабым магнитным полем, а затем сжимается нарастающим магнитным полем до более высокой плотности и температуры вдали от стенок вакуумной камеры, в которой плазма первоначально образовалась. Плазма может существовать лишь в течение нескольких микросекунд: за это время невозможно поместить зонды в область, занятую плазмой, и определить ее форму и положение. С другой стороны, расположение плазмы термоэмиссионного дугового разряда низкого давления (§ 17) хорошо известно, так как эта стационарная плазма ограничена стеклянными стенками разрядной трубки.
Кроме формы и местоположения, к измеряемым параметрам плазмы относятся плотность, температура, теплопроводность, тензор диэлектрической проницаемости, интенсивность излучения, коэффициент поглощения излучения, частота столкновений, сопротивление (в нормальном и аномальном режимах), коэффициенты диффузии в обычном и фазовом пространстве, функция распределения и устойчивость либо неустойчивость плазмы. Разумеется, некоторые из этих параметров взаимосвязаны, и измерение одного из них позволяет определить другой или несколько других параметров. Существует множество методов измерения характеристик плазмы. В настоящей книге мы сможем описать лишь некоторые из них. Читателю мы рекомендуем обратиться к полезным монографиям [29—32], содержащим обширную библиографию по диагностике плазмы *).
Плазменные измерения делятся на пассивные и активные в зависимости от применяемой методики. В процессе пассивных измерений, например при измерении собственного излучения, в плазму не вносится никаких возмущений. При активном измерении плазма непосредственно вовлекается в процесс измерения, как, например, при зондировании плазмы СВЧ-излучением для определения ее плотности. При этом в плазму могут быть внесены возмущения, вызванные измерениями, что приводит к дополнительным ошибкам.
§ 24. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ПЛАЗМЕ
Поскольку плазма состоит из подвижных ионов и электронов, под действием внешнего электрического поля, приложенного к плазме, заряженные частицы приходят в движение и возникает электрический ток. Отношение напряженности электрического поля к плотности тока есть удельное сопротивление плазмы. Удельное сопротивление представляет собой один из коэффициентов переноса и зависит в простых моделях от частоты столкновений и плотности плазмы. Поэтому, сравнивая измеренные на опыте значения удельного сопротивления с теоретическими, можно проверить или изучить параметры плазмы.
В некоторых случаях измерение тока или напряжения во внешней электрической цепи устройства, используемого для создания плазмы, может дать полезную информацию о состоянии плазмы. Примером такого эксперимента является динамический пинч, рассматриваемый в § 11 гл. 3. В этом эксперименте (фиг. 20) напряжение к торцевым электродам прикладывается с помощью быстрого сильноточного переключателя (игнитрона) одновременно с поджиганием разряда в тонкой цилиндрической оболочке у внешней вакуумной стенки. Магнитное поле оболочки с током, управляемым приложенным напряжением, создает силу, направленную внутрь оболочки и раз-
х) На русском языке по диагностике плазмы см. [50*—52*].— Прим. ред.
ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ ПЛАЗМЫ
43
Емкостной накопитель
Фиг. 20. Схема эксперимента по динамическому пинчу, иллюстрирующая метод измерения тока и напряжения, связанных с разрядом.
гоняющую ее к оси. Из модели снежного плуга (snow-plow) (см. § 11 гл. 3) следует, что скорость схлопывания оболочки и время достижения ею оси зависят от таких параметров, как начальное давление газа и приложенное напряжение. Если бы плазма вела себя в соответствии с этой моделью, ее можно было бы рассматривать как тонкий идеальный проводник, движущийся к оси, согласно уравнению движения (3.11.4), решение которого представлено на фиг. 43.
