Экспериментальное исследование электропроводности и эффекта Холла в ударно-сжатой плазме инертных газов

• Автор: Шилкин, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 120 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ И ПРОВОДИМОСТИ.

1.1. Методы измерения электронной концентрации. IО

1.2. Методы измерения проводимости во взрывном эксперименте.

1.3. Постановка задачи по совместной регистрации электронной концентрации

и проводимости в ударно-волновом эксперименте.

ГЛАВА 2. ГЕНЕРАЦИЯ ПЛАЗМЫ. 3

2.1. Взрывные устройства.

2.2. Исследование работы линейного взрывного генератора и свойств ударной волны.

2.3. Методика двукратного сжатия.
2.4.Совместная генерация неидеальной плазмы и однородного
магнитного поля свободно проникающего в нее.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ НЕИДЕАЛЬНОЙ УДАРНО-СЖАТОЙ ПЛАЗМЫ.
3.1. Четырехзондовая методика определения электронной концентрации.
3.2. Четырехзондовая и двухзондовая методики определения проводимости.
3.3. Постановка экспериментов по совместному определению электронной концентрации и проводимости.
3.4. Анализ посторонних сигналов, порожденных переменным
магнитным полем и методы их минимизации.
3.5. Измерительная аппаратура и ее калибровка.
3.6. Обработка экспериментальных данных.
3.7. Расчет импульсного трансформатора.
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРНОСЖАТОЙ ПЛАЗМЫ ГЕЛИЯ, АРГОНА, КСЕНОНА И ВОЗДУХА.
4.1. Данные по проводимости и их анализ.
4.2. Данные по электронной концентрации и их анализ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

ВВЕДЕНИЕ.
Поведение вещества за фронтом мощных ударных волн при высоких давлениях и температурах в условиях с сильным межчастичным взаимодействием всегда привлекало исследователей большим разнообразием и необычностью физических процессов. Плазменные состояния плотной среды в таких условиях характеризуются параметром неидеальности Г. Для смеси заряженных и нейтральных частиц он обычно определяется, как отношение характерной потенциальной энергии кулоновского взаимодействия частиц П к
их характерной энергии теплового движения К. Т.е. Г = . Если параметр
Г «1, то он характеризует состояния вещества со слабой неидеальностью, если же Г>1, то параметр свидетельствует о сильном межчастичном взаимодействии.
Первоначально интерес к плотной плазме возник в связи с разработкой ряда технических устройств и проектов, таких как: импульсный термоядерный реактор с инерционным удержанием плазмы, газофазный ядерный реактор, магнитогидродинамические и магнитокумулятивные генераторы, взрывные источники света, плазменные ускорители [1]. Отличительной особенностью вышеперечисленных устройств является необходимость создания высокой концентрации энергии в плотных средах. При этом из-за высокой плотности зарядов характерная энергия электростатического взаимодействия частиц оказывается сравнимой с кинетической [2]. Другими словами, среда, определяющая работу этих устройств, становится неидеальной.
Неидеальная плазма возникает также при действии мощных потоков электронов, ионов, фотонов на вещество, при высокоскоростном ударе, при сверхзвуковом движении тел в плотной атмосфере планет, при ядерном взрыве, при воздействии ударных волн на вещество [3]. Стоит отметить современное применение плотной плазмы в процессах лазерной и взрывной обработки и сварки металлов, плазменного напыления [4-7].

ее можно считать однородной, получать достаточно высокий уровень измеряемых сигналов по сравнению с “наводками” и не вносит значительных возмущений в поток.
Для проявления эффекта Холла требуется организовать течение плазменной пробки таким образом, чтобы время диффузии магнитного поля в ее объем было много меньше, чем характерное гидродинамическое время. Другими словами магнитное число Рейнольдса Иет, которое является безразмерным критерием, определяемым как отношение этих времен должно быть меньше единицы. Проведенные оценки показывают, что такие течения реализуются в плазме аргона при 0<4км/с, ксенона при Б<3км/с. Кроме того, при указанных выше скоростях фронта прямой ударной волне (УВ) в отраженной УВ можно ожидать образование плазмы с параметром неидеальности до 1 в аргоне и до 3 в ксеноне, а требуемые для измерения величины электронной концентрации находятся в диапазоне 1017см”3—1021 см”3.
Для корректных измерений холловской разности потенциалов также требуется пространственно однородное магнитное поле. Поэтому экспериментальная сборка не должна иметь массивных металлических деталей, заметно искривляющих магнитные силовые линии. Иначе говоря, глубина проникновения магнитного поля должна быть больше характерных размеров проводящих деталей. Для простоты интерпретации результатов измерений проводимость плазмы должна быть много больше проводимости продуктов детонации, так чтобы при проведении эксперимента не было шунтирования плазмы продуктами детонации.
Теория эффекта Холла была разработана для стационарных полей. Поэтому параметры токовых цепей для получения электрического и магнитного полей должны обеспечить их квазистационарность, т.е. характерные времена изменения электрического и магнитных полей должны быть больше характерных гидродинамических времен и времени регистрации параметров. Кроме того, чем более стационарно магнитное поле тем меньше