Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
ССМП проведено Г.Д. Богомоловым и коллегами [118, 119]. На рис. 3.17 и
3.18 представлены результаты численных расчетов для двух режимов сжатия.
В первом случае (см. рис. 3.17) используется лазерный вариант: импульс
длительностью около 1 мс передает лайнеру энергию 5 кДж. В исходном
состоянии алюминиевый лайнер радиусом 1 мм, длиной 1 см и толщиной стенки
100 мкм заполнен водородной плазмой с Те = 30 эВ, индукция стартового
магнитного поля 80 Тл. Продолжительность процесса сжатия тот =33 не; Вт =
8000 Тл достигается при сжатии плазмы до радиуса rF= 100 мкм. При этом
длительность импульса поля на уровне В > 5000 Тл составляет 6 не.
Вариант сжатия лайнера электронным пучком более труден для анализа.
Необходимо учитывать, что характерная длительность импульсов мощных
электронных пучков порядка 100 не, т.е. сравнима с временем сжатия
лайнера. Поэтому нельзя считать, что лайнер получил ''толчок" и движется
далее по инерции, как в лазерном варианте. В этом случае для нахождения
уравнения движения лайнера нужно решать достаточно сложную
магнитогидродинамическую задачу с учетом изменения массы лайнера в
процессе сжатия (при токе в пучке порядка сотен килоампер интенсивно
испаряется материал лайнера). В расчете такого варианта сжатия (рис.
3.18) полагалось, что лайнер радиусом 3 мм,
101
длиной 1,5 см и толщиной стенки 200 мкм был заполнен плазмой с
температурой 30 эВ; индукция стартового поля 30 Тл. Сжатие производилось
радиально сходящимся пучком электронов с энергией 200 кэВ и током 50 кА.
Время сжатия 262 не, Вт = 2000 Тл.
Условия для реализации рассмотренных выше способов генерации ССМП имеются
[119]. Импульсное магнитное поле с Вт ~ 50 Тл внутри металлического
лайнера радиусом 1-3 мм и длиной 1-2 см может быть создано разрядом
конденсаторной батареи (емкость 0,05 мкф, рабочее напряжение 50 кВ) на
соленоид из нескольких витков проволоки площадью поперечного сечения
порядка 10"2 см2, навитых на лайнер. При длительности импульса тока около
100 не, как показывают оценки, соленоид не успевает разрушиться. В момент
достижения необходимого стартового поля внутри лайнера путем фокусировки
лазерного излучения наносекундной длительности создается водородная
плазма с Те = 30 эВ. После этого начинается процесс сжатия плазмы.
В техническом отношении более доступным представляется метод сжатия
лайнера электронным пучком, причем в отличие от электронно-пучковых
систем со всесторонним сжатием мишени в данной схеме лайнер может служить
анодом.
С 1984 г. в Калифорнийском университете осуществляется программа,
рассчитанная на создание магнитных полей с В > 1500 Тл [113, 114]. В
используемом генераторе ССМП, работающем на принципе плазменного Z-пинча
(рис. 3.19), максимальный ток в разряде достигал 0,8 МА при времени
нарастания импульса 1 мкс. Наибольшее сжатие плазмы происходило в течение
последних 100 не. Стартовое поле создавалось катушками Гельмгольца (см.,
например, [5]), Вт <1 Тл. Электроды, между которыми происходил
сильноточный электрический разряд, изготовлялись из высокопрочного
композитного материала, состоящего из графитовых нитей и эпоксидного
компаунда. Плотность электронов в плазме инертного газа в момент
максимального сжатия достигала Ю20см"3, а электронная температура
превышала 100 эВ.
Диагностика плазменного пучка производилась с помощью нескольких
устройств: рентгеновского спектрометра, набора рентгеновских диодов,
плоской камеры и магнитных зондов.
Измерение импульсных ССМП осуществлялось с использованием фа-радеевского
вращения и эффекта Зеемана. В первом случае изучалось вращение плоскости
поляризации излучения аргонового лазера (X = = 514,7 нм, W = 2 Вт); свет
проходил вдоль пучка плазмы. При измерениях интенсивности лазерного
излучения использовались быстро переключаемые pin-диоды (тг " 1 не).
Регистрация зеемановского расщепления света, испускаемого плазмой в
направлении, перпендикулярному пучку, проводилась с помощью спектрометра,
состоящего из монохроматора на дифракционной решетке, кварцевой призмы
Волластона, выделяющей одну из двух поляризаций света, и набора
быстродей-102
'-О
? -.--
Рис. 3.19. Схема генератора ССМП типа ''плазменный фокус" [114]:
1 - фотодиод; 2 - поляризатор; 3 - газовый вентиль; 4 - токоподвод; 5 -
изолятор; 6 - форсунка (катод); 7 - соты (анод) ; 8 - окно для
диагностики свойств плазмы; 9 - луч лазера для измерения эффекта Фарадея;
10 - газовый цидиндр; 11 - катушки Гельмгольца для создания стартового
поля
действующих фотоумножителей (тг ~ 0,8 не). Фиксировалось расщепление
линии ДА излучения четырехкратно ионизованного углерода с длиной волны А
= 227,1 нм; ДА связано с Вт линейной зависимостью: ДА = 5,2 • 10'3 В (ДА
- в нм, В - в Тл).
Рабочим веществом служили газы гелий, азот или аргон. Отношение исходного
радиуса пучка к минимальному (максимальное сжатие) сос-
Рис. 3.20. Временные зависимости индукции генерируемого в установке
''плазменный фокус" магнитного поля и радиуса плазменной оболочки. Момент
