Основы физики плазмы - Кролл Н.
Скачать (прямая ссылка):
В качестве примера на фиг. 26 приведена одна из фотографий плазмы пинча, по которой можно проследить за временным развитием неустойчивости внутренней границы плазмы и сравнить ее форму с предсказаниями теории [36].
Излучение, подобное тому, которое испускается за счет атомных переходов, имеется также в вакуумной ультрафиолетовой и мягкой рентгеновской областях электромагнитного спектра в зависимости от температуры и плотности плазмы. Наличие этого дискретного излучения, а также форму линий поглощения и испускания можно использовать для измерения температуры и плотностл плазмы [31] 1J.
26.2. Измерение непрерывного излучения
Плазма излучает также электромагнитные волны в СВЧ- (X ж 1 см) и миллиметровом диапазоне (?, ^ 1 мм). Это излучение можно зарегистрировать различными способами в зависимости от его интенсивности и длительности. Например, в плазме с горячими электронами (Te ж 50 кэВ), удерживаемой магнитным полем, имеются субрелятивистские электроны, вследствие чего возникает синхротронное излучение на циклотронной частоте и ее гар-
*) Cm. литературу на русском языке по спектроскопии плазмы [52*].— Прим. ред.
ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ ПЛАЗМЫ
49
Фиг. 27. Сравнение спектра синхротронного излучения, испускаемого плазмой горячих электронов в магнитном поле 50 кГс с теоретическими спектрами плазмы, описываемой двумерным максвелловским распределением с температурами 75 и 100 кэВ [38].
JP— мощность, излучаемая в телесный угол 0,1 ср в интервале частот Aco = 0,1 со.
мониках. Это излучение можно зарегистровать при помощи обычной супер-гетеродинной схемы, состоящей из смесителя, гетеродина и усилителя промежуточной частоты, или при помощи фотосопротивления из антимонида индия с криогенным охлаждением и системой сеточных фильтров [37]. Последнее устройство работает лучше всего в области длин волн от 8 до 0,1 мм, а супергетеродинная схема в области длин волн больше чем 4 мм.
Лихтенберг и др. [38] применили схему с охлажденным фотосопротивлением для исследования спектрального распределения синхротронного излучения из плазмы с магнитным удержанием. На фиг. 27 приведен график зависимости абсолютной интенсивности синхротронного излучения от частоты, снятой при помощи схемы с охлажденным фотосопротивлением.
Существует много других методов измерения электромагнитного излучения, испускаемого плазмой. Эта область физики плазмы активно изучается теоретически и экспериментально *).
26.3. Корпускулярные измерения
Плазма, удерживаемая магнитным полем, испускает заряженные или нейтральные частицы, количество которых зависит от температуры и плотности плазмы, а также от давления окружающего газа. Например, в экспериментах с магнитными ловушками (гл. 5) частицы за счет диффузии в пространстве скоростей попадают в конус потерь и, таким образом, вылетают из ловушки вдоль силовых линий магнитного поля. Эти частицы можно собрать после выхода из ловушки, найти распределение по энергиям и полное их число при помощи различных устройств, таких, как квадрупольные масс-спектрометры, кристаллические детекторы, умножители частиц и т. д. Свойства вышедших из ловушки частиц могут быть связаны с параметрами плазмы, оставшейся внутри ловушки.
При определенных условиях плазма может испускать нейтральные частицы. Вообще говоря, этим условиям удовлетворяет плазма низкой плотности с горячими ионами, образующаяся в хорошем вакууме. Быстрые нейтральные частицы возникают в процессе резонансной перезарядки быстрых
х) Прекрасный обзор работ но излучению, поглощению и рассеянню электромагнитных волн в плазме сделан в кпиге [39].
50
ГЛАВА I
ионов при столкновении с медленными нейтральными частицами. Эти две частицы обмениваются электроном, образуя быструю нейтральную частицу и медленный ион. Если длина свободного пробега быстрой нейтральной частицы больше размеров системы, нейтральные частицы будут выходить из системы и можно найти распределение по энергиям и их полное число. Описанный процесс перезарядки вызывает потери энергии, поэтому в любом реакторе этот процесс следует сводить к минимуму, однако в настоящее время на нем основана распространенная методика измерений.
Хотя интерпретация свойств плазмы, извлекаемых из корпускулярных измерений, требует некоторого искусства, эти методы, вообще говоря, имеют важное значение и широко используются *).
26.4. Нейтроны
В горячей плазме дейтерия или других термоядерных ионов могут возникать высокоэнергетические нейтроны [41]. Эти нейтроны могут нести информацию о реакциях синтеза, а моменты их испускания, полный выход и распределение по энергиям можно использовать для определения плотности и температуры ионов плазмы. К сожалению, известно, что нейтроны возникают также вследствие неустойчивостей плазмы, в результате которых некоторое число дейтронов ускоряется до больших энергий, а затем ударяется о стенки экспериментальной камеры, производя нейтроны. Нейтроны иногда возникают также в процессе фотораспада в плазме с горячими электронами (Te > 1 МэВ), создаваемой методом циклотронного резонанса.
