Исследование предельных режимов усиления магнитного поля в оболочке из неидеальной плазмы, формируемой при ударно-волновом сжатии диэлектриков

• Автор: Колосенок, Станислав Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Г лава 1. Обзор публикаций по теме диссертации

1.1. Оценки параметров ударных волн

1.1.1. Автомодельные решения задач о сходящихся ударных 14 волнах

1.1.2. Автомодельные решения задач о распространении 19 ударной волны в магнитном поле

1.1.3. Задачи об ударных волнах в стационарном магнитном 26 поле.

1.1.4. Задачи об ударных волнах в нестационарном магнитном 30 поле.

1.2. Публикации об усилении поля в проводящих оболочках, 38 создаваемых при воздействии ударных волн на рабочее тело
1.3. Публикации о структуре токовых волн, возникающих при 40 установлении электропроводности в присутствии поперечного магнитного поля
1.4. Исследования электропроводности ударно сжатого 42 материала рабочего тела
1.5. Ударная сжимаемость и уравнения состояния йодистого 45 цезия
1.6. Выводы по главе 1
Г лава 2. Обоснование выбора модели йодистого цезия '
2.1. Уравнение состояния вещества рабочего тела
2.2. Характеристика проводимости ударно сжатого материала 61 и оценка параметров неидеальной плазмы

2.3. Выводы по главе 2
Глава 3. Нестационарная задача о взаимодействии ионизующих
ударных волн с магнитным полем
3.1. Модель системы
3.2. Решение задачи
3.3. Задача с полем, не проникающим в волну
3.4. Обсуждение результатов
Глава 4. Расчет усиления поля в оболочке из неидеальной
плазмы
4.1. Используемые приближения
4.2. Сжатие магнитного потока сходящейся ударной волной
4.3. Электрическое поле в области сжатия потока
4.4. Автомодельное решение задачи о цилиндрической 98 сходящейся ударной волне в плотных средах

4.5. Анализ режимов распространения волны в известных экспериментах
4.6. Интерпретация результатов расчетов и сравнение их с 110 данными опубликованных ранее исследований
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена решению проблем
взаимодействия ионизующих ударных волн с магнитным полем, а также получения сверхсильных магнитных полей. Полученные результаты исследований позволяют глубже понять механизм взаимодействия ионизующих ударных волн в диэлектриках со сверхсильными магнитными полями, а также оптимально использовать методы генерирования неидеальной плазмы совместно с магнитными полями. В работе приводятся результаты исследований автора, полученные в 2002-2010 гг. в Санкт-Петербургском государственном университете.
Метод создания сверхсильных импульсных магнитных полей известен с середины 60-х гг. Изобретателем метода академиком
А. Д. Сахаровым сообщалось [1] о достюкении магнитных полей мегагауссного диапазона в генераторе «МТС-1». С этой целью использовалась работа кинетической энергии ускоренного до высоких скоростей проводника против пондеромоторной силы в схлопывающемся одновитковом соленоиде с предварительно созданным начальным полем. В лабораторных установках столь сильных магнитных полей достичь было невозможно. Вместе с тем, исследование свойств веществ в подобных экстремальных условиях представляет интерес с точки зрения фундаментальной физики, астрофизики и техники создания источников сверхсильных токов. Актуальным направлением исследований было и остается изучение квантовых эффектов в сверхсильных магнитных полях, что представляет огромный интерес для оптики и физики твердого тела, а также астрофизики.
В 80-х годах XX века. Биченковым Е. И. [2] и Нагаямой К. [3] была опубликована информация об усилении магнитного поля при ударно-волновом сжатии и нагреве порошка кремния в магнитном поле.

Следует отметить, что поле в электромагните, закрепленном на конце ударной трубы, было стационарным, поэтому результаты экспериментов должны были соответствовать решению первой из указанных выше задач. Экспериментальные результаты показали хорошее согласие с теоретическими.
После этой серии работ Д. А. Бутом были проведены исследования систем уравнений магнитной газодинамики для случаев плоской (1977) и цилиндрической (1982) сходящейся волн в газах. В работе [46] для плоской ударной волны рассматривается система уравнений МГД для случая бесконечной проводимости. Эта система является параболически вырожденной, поэтому она не может быть использована для исследования методом характеристик. Вместе с тем, уравнения магнитной газодинамики и уравнение индукции поля образуют гиперболическую подсистему, решение которой может поблочно объединяться с решениями оставшихся уравнений для электрического поля и выражения для плотности тока.
Расчеты были проведены для магнитного числа Рейнольдса Це„ =5, у = 5/3, У = 0.05. Согласно полученному решению, волна тормозится магнитным полем, и за фронтом образуется отраженная волна сжатия, интенсивность которой возрастает во времени. Это может соответствовать отраженной ударной волне. Было также отмечено образование зоны с нарастающим во времени максимумом температуры, перемещающимся вслед за фронтом волны. При зависимости проводимости от температуры и сжатия за фронтом волны также образуется зона с максимумом плотности тока. Погрешность вычислений относительно численных методов составила не более 10%,
В работе [47] рассматривалось взаимодействие цилиндрической ударной волны с поперечным магнитным полем для значений •магнитных чисел Рейнольдса выше единицы. В ней методом