Диагностический комплекс для исследования импульсной высокотемпературной плазмы

• Автор: Савёлов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 279 с. : ил.

ГЛАВА 1. Экспериментальные установки “Зона-2” и “ПФМ-72” для создания и исследования импульсной плазмы

1.1. Установка «Зона-2»

1.2. Установка ПФМ

1.3. Микропинчевые источники

1.4. Выводы

ГЛАВА 2. Лазерная диагностика плазмы высокой концентрации

2.1. Лазерные источники зондирования

2.2. Конструкция электроразрядного модуля TEA N? - лазера

2.3. Исследование режимов разряда в канале TEA азотного лазера

2.4. Характеристики излучения TEA N2 лазерного модуля

2.5. Апробация TEA N2 - лазера для исследования импульсной плазмы

2.6. Многоканальный осветитель на основе TEA азотного лазера
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. Лазерная диагностика низкоплотной плазмы
3.1. Оптические свойства плазмы
3.2. Основные оптические схемы применяемых в диагностике плазмы интерферометров
3.3. Активная лазерная интерферометрия
3.4. Интерферометрия с преобразованием частоты
3.5. Интерферометрия на основе внутрилазерного приема отраженного излучения
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. Многоканальный энерго-масс анализатор заряженных частиц
4.1. Анализ диагностических приборов по типу используемых полей
4.2. Ионно-оптические параметры магнитного энерго-масс анализатора
4.3. Расчет многоканального энерго-масс анализатора

4.4. Корпускулярный энерго-масс анализатор «ЭМА»
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. Рентгеновская диагностика плазмы
5.1. Метод фильтров
5.2. Семиканальный спектрометр на основе сцинтилляторов
5.3. «Спектрограф» рентгеновского излучения на основе пакета фотопленок
5.4. Выводы
ГЛАВА 6. Экспериментальные исследования импульсной плазмы
6.1. Исследование прохождения плазменных потоков через
поперечное магнитное поле
6.2 Исследование микропинчевого разряда
6.3. Исследование импульсного капиллярного разряда
6.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список цитированной литературы
Список публикаций автора по теме диссертации
Созданные в лабораторных условиях плазменные образования отличает необычайно широкий диапазон параметров. Так, концентрация электронов Л'г, изменяется от 108 см"3 до 1024 см"3; температура Т от долей электронвольта до десятков килоэлектронвольт; характерные размеры I от 10'3 см до 103 см; время существования t от нескольких наносекунд до стационарного; магнитные поля Д создаваемые извне или генерируемые в плазме, от нуля до нескольких мегаэрстед. Все это закономерно привело к внедрению в плазменный эксперимент большого количества диагностических методик, базовые принципы построения которых нередко взяты из совершенно различных областей физики.
Представляемая работа посвящена разработке, созданию и применению комплекса диагностических методик для исследования импульсной высокотемпературной плазмы. Для понимания физических явлений, которые происходят при нагреве плазмы до высоких температур, возникает также необходимость в исследовании начальной и завершающей стадий всего процесса плазмообразования. Кроме того, даже на стадии существования высокотемпературной плотной плазмы часто важна роль менее горячей и плотной периферийной плазмы. Поэтому диагностический комплекс должен включать в себя аппаратуру для изучения также параметров и низкотемпературной плазмы в широком диапазоне значений концентраций различных ее компонентов.
При создании комплекса диагностических методик, с помощью которого можно получить значимую информацию о поведении импульсной плазмы, основное внимание было сосредоточено на следующих методах:
- лазерная диагностика плазмы;
- диагностика потоков эмитируемых плазмой заряженных частиц;
- исследование собственного электромагнитного излучения в рентгеновской и видимой областях спектра;
верхнего и нижнего уровней лазера. Решение этого уравнения хорошо объясняло результаты Леонарда (Leonard) [50], а именно: мощность лазерного излучения ~ 200 кВт и длительность импульса ~ 20 не при возбуждении поперечного разряда в азоте.
Развитие теоретических представлений о подобном разряде приведено в работе Али (АН) [51]. Он показал, что при меньших (чем в [50]) длительностях лазерного импульса и больших электронных плотностях (Ne > 6-1014 см-3) необходимо учитывать эффекты столкновительного перемешивания лазерных уровней, и систему кинетических уравнений для этого случая записал в следующем виде:
dN/dt = - {Хп + ХпУЩ + (1/х 2I + 721>А2 + (1/х 3, + 731>А3 (2.1)
dNddt =Х12 А, +(1/х32 +Y31}N3 - (l/xai +Г21 +Y23)-N2 +R3T[N3 - (g3/g2)- N2] (2.2)
dN3ldt = X3 N +X23 N2 ~{Y3, +F32+I+I/T31 >N3-R3r[N3-(g3/g2> Щ , (2.3)
где Ai, A2 и N3 - заселенности состояний X 1Eg+, В Jng, С 3Пи соответственно; X[j, Yij - вероятности возбуждения и гашения (депопуляции) молекулы азота с уровня i на уровень j при столкновении с электроном; 1/т, j - вероятность спонтанной эмиссии с уровня i на уровень j; Rl} - вероятность вынужденной эмиссии с уровня i на уровень j; g2 и g3 - статистический вес уровней 2 и 3.
Уравнения (2.1 -2.3) решались при учете условий x32«x2i «x3] и X3>Xi2, Пренебрегая также коэффициентами Г2Ь Y3] и R32 было показано, что время существования инверсии заселенности чрезвычайно мало t< (L32+ 1/Т32Г1- Анализ этого решения позволяет констатировать, что в азотных лазерах эффективность накачки зависит от скорости нарастания разрядного тока и, таким образом, определяется применением низкоиндуктивных конструкций разрядного контура. Численное решение уравнения для трехуровнего лазера при наличии столкновительного механизма привело также к малой длительности лазерного импульса