Теоретические исследования неравновесных и нелинейных явлений в ионизированном газе

• Автор: Аланакян, Юрий Робертович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1981
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 272 c. : ил

АННОТАЦИЯ
Построена теория горячего плазменного шнура, который находится в динамическом равновесии с окружающим плотным газом. Подробно исследована структура шнура в случае диффузионного режима, когда длина свободного пробега иона меньше, чем толщина двойного слоя, и в случае режима "свободного полета" иона,когда ион проходит область двойного слоя без столкновений. Проведенное в диссертации теоретическое исследование плазменного шнура, образованного в смеси тяжелого и легкого газов, и сравнение теории с опытами показывает, что в шнуре имеет место эффект самоочищения плазмы от тяжелых частиц. Получены формулы, описывающие функцию распределения горячих электронов в шнуре. Рассмотрен плазменный шнур в продольном магнитном поле и получены условия, выполнение которых необходимо для осуществления термоядерного реактора на основе плазменного шнура.
Исследовано самолокализованное в плазме электромагнитное поле. Получены решения уравнений нелинейной электродинамики, которые описывают двумерную волну, бегущую по кругу в самопод-держивающемся кольцеобразном волноводе. Показана возможность существования такого самолокализованного поля, когда волна образует волновод тороидальной конфигурации. Построена теория самолокализованного электромагнитного поля в плотном нейтральном газе. Показано, что в этом случае область локализации поля окружена горячей плазмой, в которой высокая температура электронов поддерживается за счет диссипации энергии самолокализованного поля, а на границе плазмы с окружающим газом образуется двойной слой, который имеет такую же структуру, как двойной слой в горячем плазменном шнуре.
Рассмотрены вопросы устойчивости неравновесной ограниченной плазмы. Найдены и исследованы новые типы собственных низкочастотных ионизационных колебаний. Дано аналитическое описание этих колебаний в случае, когда ионы движутся в диффузионном режиме, и в случае режима "свободного полета" ионов. Показано, что наличие в плазме отрицательных ионов способствует возникновению ионизационной неустойчивости плазмы. Развита гидродинамическая и кинетическая теории ионизационных волн, распространяющихся в положительном столбе газового разряда. Найдены условия устойчивости и определены дисперсионные соотношения для этих волн.

О.І. Стационарный разряд в газе высокого давления

0.2. О нелинейных явлениях в плазме

0.3. "Диссипативные структуры" в неравновесных

системах

0.4. Краткая характеристика материала диссертации

ЧАСТЬ I. СВОБОДНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ШУР В ГАЗЕ ВЫСОКОГО

ДАВЛЕНИЯ
ГЛАВА I. ПЛАЗМЕННЫЙ ШНУР ПРИ ОТСУТСТВИИ ВНЕШНЕГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
1.1. Краткий обзор экспериментальных исследований плазменного шнура
1.2. Гидродинамическая теория
1.3. Плазменный шнур в режиме "свободного полета" ионов (кинетическая теория)
1.4. О влиянии холодных электронов на структуру шнура
1.5. Плазменный шнур в смеси газов. Самоочищение шнура от тяжелых частиц
ГЛАВА 2. ОТЩИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕННОМ ШНУРЕ
2.1. Вводные замечания
2.2. Преобразование кинетического уравнения
для электронов
2.3. Обсуждение решений кинетического уравнения
2.4. Структура плазменного шнура
ГЛАВА 3. ПЛАЗМЕННЫЙ ШНУР В ПРОДОЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

3.1. Экспериментальные результаты. Проект термоядерного реактора Капицы
3.2. Структура плазменного шнура
3.3. Условие положительного энергетического
выхода для реактора Капицы
ЧАСТЬ П. САМОЛОКАЛИЗАЦИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ПОЛЯ
ГЛАВА 4. САМОЛОКАЛИЗОВАННОЕ ПОЛЕ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕ
4.1. Вводные замечания
4.2. Структура самолокализованного поля
4.3. Самолокализация волны, бегущей вдоль
винтовой линии
4.4. О возможности образования самолокализованного поля в плазме
ГЛАВА 5. САМ0Л0КАЛИ30ВАНН0Е ПОЛЕ В ПЛОТНОМ ГАЗЕ
5.1. Структура плазменного объекта
5.2. Некоторые особенности плазменного объекта
5.3. О влиянии магнитного поля на структуру плазменного объекта
ЧАСТЬ Ш. ИОНИЗАЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОГРАНИЧЕННОЙ ПЛАЗМЕ
ГЛАВА б. СИНФАЗНЫЕ ИОНИЗАЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ
6.1. Вводные замечания
6.2. Ионизационные колебания в плотной плазме (диффузионный режим)
6.3. Ионизационные колебания в разреженной
плазме (режим "свободного полета”ионов)
6.4. Влияние процессов ступенчатой ионизации атома на ионизационно-диффузионные колебания

Отсюда находим плотность нейтральных частиц в точке I 2) = £> , то есть на границе горячей области шнура:
пе = (г/к У/ггъ„ (1 -42)
Ввиду того, что в плазменном шнуре температура тяжелых частиц на несколько порядков меньше, чем температура горячих электронов, то из уравнения (1.42) получаем, что плотность нейтрального газа вблизи горячего шнура мала по сравнению с плотностью газа вдали от шнура.
Теперь обратимся к рассмотрению области / 2"/^ £ , где отсутствуют горячие электроны и можно пренебречь влиянием электрического поля на движение ионов. В этих условиях уравнения гидродинамики сводятся к следующим уравнениям
; р + р^р- (1.43)
сіх Ду, '
где А - длина свободного пробега иона в газе с давлением Система уравнений (1.43) допускает следующее решение
= - ^ ЩАП.44)
Р- ~ Ра [!--ц-)1
Отсюда получаем характерное расстояние, на котором спадает конвекционное давление ионов при удалении от горячей области шнура
£ ~ у р °° ~
На рис. 3 схематически изображено пространственное распределение парциальных давлений различных компонентов плазмы в шнуре в условиях режима "свободного полета" иона.