Экспериментальное исследование электропроводности плазмы щелочных металлов, полученной методом адиабатического сжатия

• Автор: Лопатин, Анатолий Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 105 c. : ил

Введение. . .,

Глава I. Обзор литературы до электропроводности слабоионизованной плазмы щелочных металлов
Глава II. Труба адиабатического сжатия для генерации нбидеальной плазмы щелочных металлов

§ 2.1.Метод адиабатического сжатия

§ 2.2.Конструкция установки

§ 2.3.Диагностическое оснащение установки

§ 2.4.Измерение начальных параметров паров щелочных металлов

Глава III. Измерение параметров плазмы щелочных металлов на

изэнтропе сжатия

§ 3.1.Регистрация плотности плазмы

§ 3.2.Регистрация электропроводности плазмы

§ 3.3.Оценка степени изэнтропичностй процесса сжатия
Глава IV.Экспериментальные результаты и'аналйз полученных
значений электропроводности
§ 4.1.Обсуждение вопроса о возможной конденсации
§ 4.2.Определение термодинамических параметров на изэнтропе
сжатия
§ 4.3.Погрешность измерений
§ 4.4.Результаты измерения электропроводности
Заключение
Литература
Таблицы •
Рисунки

Возросший в последнее время интерес к исследованию электрофизических свойств неидеальной плазмы связан с разработкой ряда перспективных энергетических устройств, действие которых основано на высокой концентрации энергии в плотных средах. К таким устройствам относятся магнитогидродинамические генераторы, газофазные ядерные реакторы, взрывные магнитокумулятивные генераторы, установки импульсного управляемого термоядерного синтеза, плазменные двигатели, устройства плазмохимической промышленной технологии и т.д. Плазма высокой плотности возникает так же при воздействии концентрированного лазерного излучения, мощных ударных волн, электронных пучков на конденсированное вещество и во многих других ситуациях.
Для физического анализа и оптимизации таких процессов необходима детальная информация о кинетических коэффициентах плотной высокотемпературной среды в промежуточной между жидкометалличеСКОЙ и газовой области параметров. Кроме, того, исследование физических свойств неидеальной плазмы представляет значительный общенаучный интерес, позволяя проследить за изменением характеристик вещества в обширной и крайне труднодоступной для теории и эксперимента области фазовой диаграммы.
Электропроводность плазмы щелочных металлов, хорошо изучена в предельных случаях малых плотностей для хаотического распределения слабовзаимодействующих частиц, где применима модель газовой плазмы, и в случае конденсированных сред, где большое количество экспериментов удовлетворительно описывается методами зонной теории и псевдопотенциальными моделями.
При промежуточных плотностях, в условиях сильного межчастич-ного взаимодействия, адекватные кинетические уравнения пока не сформулированы, а предлагаемые модели предсказывают появление принципиально новых физических эффектов типа кластеризации, металлиза-

ции и образование плазменных фаз.
Поэтому в этой области основное внимание уделяется экспериментальным исследованиям и построению на их основе модельных приближений.
В тоже время экспериментальное изучение свойств плазмы в этой области фазовой диаграммы связано с серьезными трудностями, обусловленными, в частности, отсутствием подходящих методов диагностики ввиду оптической непрозрачности такой плазмы и условностью разделения электронов на свободные и связанные. Эти трудности в разной степени удалось преодолеть лишь в последнее время, в результате чего сформировалось два выраженных направления: электрические и динамические методы генерации плазмы. В первом из этих методов плазма возникает в результате джоулева нагрева вещества при пропускании через него мощных импульсов электрического тока, во втором -ударно-волнового или адиабатического сжатия.
К началу настоящей работы имелось крайне ограниченное количество экспериментальных результатов по электропроводности в данной области термодинамических параметров. Статистические эксперименты ограничены термостойкостью конструкционных материалов ( Т ^ 2500К), а данные по ударно-волновому сжатию и изобарическому взрыву проводников выходят за интересующую нас область температур и давлений (Т > 4 103К, Р = 4 10 МПа).
Цель настоящей работы состояла в экспериментальном исследовании электропроводности плазмы щелочных металлов в слабоизученной ранее области термодинамических параметров.
Для этого создана установка адиабатического сжатия, позволяющая проводить исследования электропроводности плазмы щелочных металлов в диапазоне температур Т = 2,0 Ю3 4,5 Ю3 К и давлений Р = I <*■ 15 МПа и проведены измерения электропроводности плазмы щелочных металлов в этом диапазоне, который с одной стороны непос-

жение "идеальной плазмы" со статсуммой цезия - 2 Г 6 /.
Этот факт является, разумеется, чисто случайным, и демонстрирует лишь то, что в неидеальной плазме происходит сильное искажение энергетических уравнений атома, а появляющиеся при этом эффективное отталкивание фактически компенсирует традиционное, учитываемое в рамках дебаевского приближения, притяжение между частицами.
Менее точное, но достаточно удовлетворительное описание экспериментов дает кольцевое приближение в большом каноническом ансамбле /297.
здесь величина является решением уравнения
Г* $)Уг- = о
индекс £ нумерует все компоненты плазмы, а ^ только заряженные.
Это приближение традиционно используется в практических расчетах наиболее широко /6/ и применено и в настоящей работе.
Правомерность применения кольцевого приближения иллюстрируется на рис. 18, где представлены результаты расчета давления и температуры на изэнтропах по этой модели в сравнении с данными, даваемыми согласующимся с экспериментом приближением "идеальной плазмы".
Характерно, что, хотя расхождение на изэнтропах является относительно более заметным, чем на изотермах и изобарах /6 7, все же оно до температур ^ 3500К не превосходит 10%.