Особенности нагрева турбулентной плазменной струи в магнитном поле

• Автор: Рева, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 106 с. : ил

Оглавление
1 Введение

1.1 Краткий обзор литературы

1.2 Основные задачи исследования

2 Особенности нагрева турбулентной плазменной струи

2.1 Общие схемы экспериментальных установок

2.2 Описание источника плазмы

2.3 Неустойчивость плазменной струи с сильно-неоднородным радиальным электрическим полем

2.4 Проблемы, связанные с увеличением температуры ионов

3 Высокотемпературный режим работы газоразрядного источника

плазмы
4 Структура колебаний, возбуждаемых в плазме
4.1 Свойства низкочастотных колебаний плазменного столба с сильно неоднородным профилем азимутального вращения
4.2 Некогерентная составляющая в спектре флуктуаций потенциала плазмы
4.3 Нелинейная стадия развития неустойчивости
4.4 Токовая структура развивающейся турбулентности
5 Заключение
Литература

Глава 1 Введение
Ионизированное состояние вещества, или плазма, представляет яркий пример среды, для описания которой, в большинстве случаев, понятие турбулентности наиболее адекватно. Плазма одновременно является не только множеством отдельных частиц, но также и совокупностью создаваемых ими электрических и магнитных полей, что приводит к сильно неравновесной системе, состоящей из вещества и электромагнитного поля. В такой среде в силу ее большой подвижности и наличия дальнодействующих кулоновских сил легко развиваются различного рода неустойчивости и флуктуации, и, если механизмы диссипации достаточно слабы, то состояние среды приобретает турбулентный характер. Наряду с известными для жидкости в плазме могут осуществляться дополнительные турбулентные состояния вещества, связанные с электромагнитными степенями свободы.
Как известно (модель Колмогорова-Обухова), в обычной жидкости турбулентное течение характеризуется направлением потока энергии от пульсаций с большим масштабом к пульсациям с меньшим масштабом. Реальной диссипации, т.е. перехода кинетической энергии в тепло, при этом процессе не происходит. Вся энергия дисси-пирует только в самых мелкомасштабных пульсациях, когда становится существенной вязкость жидкости. Весь этот процесс характеризуется только одним параметром — числом Рейнольдса. В плазменной турбулентности ситуация становится качественно иной. Большое разнообразие одновременно протекающих процессов делает возможными различные механизмы диссипации энергии. Турбулентность становится мно-
гопараметричной, и в ней могут одновременно существовать несколько внутренних масштабов, на которых происходит поглощение энергии. Если ограничиться описанием сравнительно медленных крупномасштабных движений плазмы, то удобно, в первом приближении использовать магнитогидродинамическое приближение с учетом конечной проводимости плазмы. При этом турбулентность у лее характеризуется не только распределением пульсаций скорости, но также и распределением пульсаций магнитного поля. Кроме этого отметим еще одно отличие магнитогидродинамической турбулентности от обычной гидродинамической. Если в последней пульсации с большим масштабом не оказывают существенного влияния на свойства мелкомасштабных пульсаций, то в магнитогидродинамическом случае крупномасштабные пульсации магнитного поля могут влиять на движения всех масштабов.
Такое сложное поведение плазмы приводит к тому, что из множества протекающих в ней процессов выбрать наиболее существенный часто бывает затруднительно. В этой ситуации для понимания происходящих в плазме процессов и качественного их описания очень полезными оказываются упрощенные модели, нередко дополняющие друг друга. Поэтому классификация процессов, происходящих в такой турбулентной плазме, а также описание лежащих в их основе физических эффектов представляет интерес не только в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза или функционирования систем, содержащих плазменный столб в магнитном поле, но и имеет отношение к общим проблемам турбулентности. Детальное знание природы и свойств турбулентности в плазме конкретной экспериментальной установки может не только позволить рассчитать ее влияние на параметры плазмы (различные коэффициенты переноса, вязкости, проводимости; температуры ионов и электронов и т.п.), но и дать возможность управления этими параметрами.

порядка 1 МГц.
Проведенные измерения ионной температуры тройным макрозондом не показали, к сожалению, ожидаемого роста 7 с ростом анодного падения на разряде. Температура ионов в среднем не превышала 30-40 эВ. Температура электронов вела себя ожидаемым образом, и ее среднее значение в этих экспериментах составило 10-15 эВ.
1р, А
г, см
Рис. '2.8: Радиальные профили ионного тока насыщения на планарный электрод тройного макрозонда для различных значений анодного падения напряжения на разряде (установка МАЛ).
Несмотря на отсутствие увеличения температуры ионов и электронов, наблюдался значительный рост поперечной диффузии плазмы, указывающей на увеличение интенсивности развивающейся в плазме неустойчивости. Таким образом, увеличение энергии, которая поступает в струю с развитием НКГ, одновременно сопровождается и ростом ее потерь. Результаты измерений радиального профиля тока насыщения двойного ленгмюровского зонда представлены на рис.2.8. На нем отчетливо видно, что увеличение напряжения анодного падения, а вместе с ним и величины радиального электрического поля, выносимого в плазму, приводит к практически полному