Введение к работе
Актуальность темы. Малоиндуктнвная вакуумная искра (МЗМ) является одним из наиболее интересных лабораторных объектом изучения в физике плазми. Сочетая в себе рекордные параметры плазмы, досттшше в земных условиях, с простотой конструкции она позволяет проводить исследования но фундаментальным проблеммам современней физики: термоядерный синтез и спектроскопия высокоионизоЕанных состояний вещества. Параллельно ведутся работы по практическому применению МВИ, как источника рентгеновского излучения в литографии „ микроскотта и других областях техники.
Такой интерес к МВМ объясняется открытием в ной нового явления: микрогшнчевание плазменного шнура, заключающееся в сжатии собственным магнитным полем высокотемпературной плазмы (Т>1кэВ) до плотности твердого тела в объеме с характерным размером порядка 10 микрон. Это образование, наблюдаемое на рентгеновские обсхурограммах получило название "плазменная точка" (ПТ).
В настоящее время наиболее полным и непротиворечивым объяснением микрогшнчевания является гипотеза о радиационном коллапсе плазмы [1]. Однако существует в МВИ ряд явлений, характерных, впрочем для всех z-гшнчей, которые не имеют однозначного объяснения,, ншгример, жесткое рентгеновское излучение разряда, с энергией квантов на порядок превшавдеэ приложенное к электродам напряжение. И в целом динамика разряда МВИ изучена еще довольно слабо, особенно ее начальная фаза, в которой складываются предпосылки образования ПТ. Главннм образом это связано с использованием в основном спэктроскошческих методов исследования МВИ, не позволящие восстановить полную картину разряда.
В їизич#екм Институте нм.Лебэдева традиционно широко развиты лазерно-оптические метода исследования плазмы, способные визуализировать динамику разряда от его начала и до развала-плазменного шнура. Кроме того, МВИ, как простой источник высокотемпературной и плотной плазмы является доступным прибором для отработки новых лазершх диагностик, которые могут найти применение в термоядерных исследованиях на мойных и дорогих установках. В первую очередь имеется в виду измерение магнитных полей в плазие разряда по эффекту Фарадея, регистрируемому с помощью зондирующего лазерного пучка. Необходимость таких измерений для z-пшпей всегда была велика и в той или ивой мере она удовлетворялась применением магнитных зондов. Однако с их помощью практически невозможно изучать кульминационную стадию сжатия плазменного столба . Лазерная фарадеевская диагностика в случав прозрачности плазмы разряда позволяет проводить такие исследования. Описанныэ выше обстоятельства явились главными причинами проведения изложенной ниже работ, в которой ЫВИ выступает и как объект исследования и как инструмент изучения , возможностей новой для z-пинчей лазерной диагностики плазмы. Цель работы. Целью данной работы является исследование разряда малоиндуктивной вакуумной искры лазерно-оптическими мотодами с измерением главных характеристик плазмы: радиальных распределений электронной плотности, магнитного поля, плотности тока в плазменном шнуре разряда в различные моменты времени на различных расстояниях от электродов с целью представления полной картины динамики разряда от начала протекания тока и до стадии разрыва плазменного столба. В методологическом плане целью работы являлось разработка.
испытание и совершенствование новой оптической диагностики магнитных полей в плазме по эффекту Фарадея для ее применения на установках типа z-гашч. Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Вперше для z-пинчевых установок измерены в пнуре шгазш радиальные распределения магнитного поля и плотности тока за один разряд.
-
Впервые для исследования динамики разряда вакуумной искры использовал набор современных лазерно-оптических методик, включая интерферометрию и фарадееметрюо.
3. С помощью полученных экспериментальных данных выявлены
причины существования двух областей генераций плазменных точек а
вакуумной искре.
4. Обнаружено явление сколькения перетяжки плазменного столба
вблизи анода.
5. Обнаружены конусообразные структуры шгазмн пониженной
плотности на стадии распада плазменного шнура.
Научная и практическая ценность работы
-
Для исследования z-пинчевых установок создан и апробирован диагностический комплекс для измерения распределения мапштных полей в плазме разряда.
-
Показано, что погрешность измерения с помощью фарадоемотрии полного тока, протекающего через плазменный шпур значительно меньше известных спектрометрических методов и сравнима с погрешностью мапштных зовдовнх измерений. В отличии от последних фарадееметрия не искажает процессов протеканяя тока.
гіиясі причины существования двух областей генерации низменны;, ючвк в вакуумной искре.
Автор выносит на защиту следующие основные результаты:
1. Оригинальный интерферометрический поляриметр, являющийся
основой диагностического комплекса.
-
Методику обработки экспериментальных данных.
-
Экспериментальные результаты измерений для различных.моментов вромзяи радиальных распределений: электронной плотности плазмы, магнитного поля внутри плазменного шнура, плотности тока, электронной дройфовой скорости.
А. Обоснование существования двух областей генерации плазменных точек.
Апробация раоотн. Основные результаты диссертации обсуждались на научных -селянарах Физического института РАН, Института общей физики РАН, Института спектросхопии РАН, докладывались на Всесоюзной конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород 198Эг); на Втором всесоюзном семинаре по физике быстропротекаидих плазменных процессов (Гродно 1989г); на 5-ом Всесоюзном совещании по диагностике высокотемпературной плазмы (Минск 1930г); на 1-ой Мевдукародной школе молодых ученых по УТС (Нарва 1990г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ [2-6].
Объем работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии. Диссертация изложена на 150 страницах, содержит 43 рисунка и список литературы из 76 наименований.
