Особенности динамики плазмы и генерация рентгеновского излучения в экспериментах с мегаамперными Z-пинчами

• Автор: Данько, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 214 с. : ил.

Содержание
Введение
Содержание и структура диссертации
Общая характеристика работы
Глава 1. 2-пинч - источник рентгеновского излучения для инерциального подхода к управляемому термоядерному синтезу
Глава 2. Основные диагностические методы, разработанные для экспериментов по генерации рентгеновского излучения и исследованиям плазмы
§2.1 Рентгеновская спектрометрия
П.2.1.1. Особенности спектрографических измерений
П.2.1.2. Система регистрации рентгеновских спектров с временным разрешением для мощных генераторов тока
П.2.1.3. Вычислительная программа для восстановления параметров плазмы по спектральным интенсивностям линий водородо- и гелиеподобных ионов
§2.2. Измерение мощности мягкого рентгеновского излучения в широком спектральном диапазоне с помощью вакуумных и полупроводниковых диодов
П.2.2.1. Детектор на основе вакуумного фотоэмиссионного диода с компенсирующим пленочным фильтром
П.2.2.2. Расчёт системы ахроматического ослабления мягкого рентгеновского излучения на основе многодырочной диафрагмы
П.2.2.3. Система ослабления рентгеновского излучения на основе полного внешнего отражения при скользящем падении
§2.3. Нейтронные измерения
П.2.3.1. Активационный метод
П.2.3.2. Времяпролётная методика
§2.4. Определение верхней границы распределения тормозного излучения с помощью фотонейтронных реакций
Глава 3. Экспериментальное исследование динамики лайнеров
§3.1. Экспериментальные установки и диагностические средства
§3.2. Экспериментальные исследования по реализации схемы рентгеновского излучателя «лайнер- конвертор»
П.3.2.1. Пластиковые лайнеры с газовой "шубой"
П.3.2.2. Экспериментальное моделирование схемы "лайнер-конвертор "
П.3.2.3. Эксперимент "лайнер-конвертор" на установке "АтЫопх"
П.3.2.4. Исследование динамики гетерогенного 2-пинча на С-300
§3.3. Динамика многопроволочных сборок
П.3.3.1. Плазмообразование и движение одиночных сборок
П.3.3.2. Фаза максимального сжатия
П.3.3.3. Динамика вложенных сборок. Перехват тока и "провал" внешней сборки
П.3.3.4. Регистрация рентгеновских спектров ионов алюминия с

временным разрешением
Глава 4. Генерация плотной горячей плазмы в выделенной точке 7-пинча
§4.1. Эксперименты на углеводородных нагрузках на генераторе "Модуль А5-01" при токе 1 МА
§4.2. Динамика 7-пинчей с твёрдотельными нагрузками малой плотности на генераторе "Модуль А5-01"
§4.3. Исследование плазмы в перетяжке Ъ пинча на импульсном генераторе С-300 на уровне тока до 3 МА
§4.4. Нейтронное излучение из перетяжки дейтерированного 2-пинча
Глава 5. Исследования динамики плазмы в Х-пинчах мегаамперного диапазона
§5.1. Современное состояние исследования Х-пинчей
§5.2. Постановка эксперимента на импульсном генераторе С-300
§5.3. Результаты эксперимента
Глава 6. Транспортирующие свойства сильноточной магнитоизолированной передающей линии и динамика приэлектродной плазмы
§6.1. Постановка эксперимента по исследованию протекания импульсного тока с большой линейной плотностью по модели линии с магнитной изоляцией
§6.2. Влияние чистоты электродов на функционирование ВТЛ
§6.3. Влияние материала центрального электрода на функционирование ВТЛ
§6.4. Исследование динамики катодной плазмы
§6.5. Возможные неустойчивости плазмы, приводящие к токовым утечкам
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. В первой главе приведен краткий обзор подходов к реализации инерциального термоядерного синтеза (ИТС) на основе мощных импульсных источников излучения и современного состояния физики 2-пинчей. Вторая глава содержит описание оригинальных методов измерения рентгеновского излучения и исследования плазменных процессов. Большая часть работы посвящена экспериментальным исследованиям динамики различных видов г-пинчей. Это - главы 3, 4, 5. Шестая глава посвящена исследованиям работоспособности вакуумной передающей линии с магнитной самоизоляцией при экстремальных токовых нагрузках.
Объем диссертации составляет 214 страниц, включая 136 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 268 наименований.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.
Современная физика высокотемпературной плазмы родилась на заре исследований по управляемому термоядерному синтезу (УТС). В настоящее время УТС остаётся наиболее притягательным приложением сил исследователей горячей плазмы. Развиваются несколько направлений в этих исследованиях, наиболее продвинутыми из которых являются квазистационарная высокотемпературная плазма токамаков, лазерная плазма, импульсная токонесущая плазма 7-пинчей. Мегаамперные 2-пинчи являются эффективным источником мягкого рентгеновского излучения, с помощью которого можно сжать и поджечь термоядерную мишень. В настоящее время рекордная в лабораторных экспериментах величина мощности мягкого рентгеновского излучения: 200 ТВт и 1.8 МДж, - достигнута именно при сжатии многопроволочной сборки током в 20 МА.
Знание закономерностей формирования и движения плазмы позволяет получить мощный источник мягкого рентгеновского излучения, создавать сверхсильные электромагнитные поля, потоки энергичных электронов и многозарядных ионов и достичь экстремального состояния вещества.
Получаемые в высокотемпературной плазме электромагнитное излучение и корпускулярные потоки становятся основой для методов исследования быстропротекающих физических процессов с высоким временным и пространственным разрешением, исследований взаимодействия мощных потоков излучения с веществом,

Рис.2.3 Интегральный во времени спектр [Н]- и [Не]-подобных ионов алюминия, зарегистрированный на фотопленку Косіак СХ Минимальная высота линий — около 0 5 мм Тонированными прямоугольниками обозначено положение двух волоконных
световодов
Некоторые особенности экспериментов на сильноточном генераторе
Существенной особенностью работы на мощном импульсном генераторе С-300 является наличие сильных электромагнитных наводок в момент срабатывания установки, которые особенно опасны в случае размещения регистрирующей аппаратуры непосредственно у разрядной камеры Для защиты от них необходимо было принять специальные меры надежную экранировку регистрирующей аппаратуры, обеспечение ее системой автономного питания, позволяющей избежать гальванической связи регистрирующей электроники с сетью питания и контуром разряда генератора Все эти проблемы удалось относительно легко решить благодаря применению компактной (400x90x180 мм) и экономичной (10 Вт потребляемой мощности) электронно-оптической камеры К008 производства БИФО-компани [95], позволившей разместить в небольшом экранированном ящике рядом с выходом вакуумного канала С-300 саму камеру, осциллограф Tektronix TDS-3054 и источник бесперебойного питания (UPS) Низкое энергопотребление камеры и осциллографа дает им возможность функционировать с отключенным от внешней сети UPS не менее 5 минут, что вполне достаточно для эксперимента Отверстия в ящике для световодов были выполнены в виде запредельных волноводов
На кабели пускового сигнала и сигнала производной тока через нагрузку, необходимого для точной синхронизации, надевались дополнительные экраны, которые подсоединялись к экрану-ящику, гальванически развязанному с землей установки Запуск камеры осуществлялся импульсом, получаемым в результате дифференцирования сигнала с делителя напряжения формирующей линии генератора Это позволило минимизировать разброс между запускающим импульсом и началом нарастания тока через нагрузку Для защиты от помех по каналу запуска амплитуда запускающего сигнала бралась наибольшей (в нашем случае 1 6 кВ) Этот сигнал с помощью двухступенчатого делителя, установленного непосредственно на экранированном боксе с камерой, ослаблялся в