Получение мощного электронного пучка микросекундной длительности для нагрева плазмы

• Автор: Щеглов, Михаил Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 92 c. : ил

Стр.'

ГЛАВА I. ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЭП

§1.1. Накопитель-генератор

§ 1.2. Высоковольтный вывод

§ 1.3. Выходной коммутатор

§ 1.4. Вакуумный ввод и диодная камера

Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ВЫБОРУ РАЗМЕРОВ ДИОДА И РЕЖИМА

РАБОТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА

§ 2.1. Измерение макроскопических параметров пучка и

условия эксперимента

§ 2.2. Выбор размеров диода

§ 2.3. Эксперименты с коррекцией напряжения
Глава III. ПОВЕДЕНИЕ ДИОДА ПЛОСКОЙ ГЕОМЕТРИИ СО СПЛОШНЫМ
КАТОДОМ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУЧАЕМОГО ПУЧКА
§ 3.1. Определение напряженности на катоде для
обеспечения достаточной эмиссии
§ 3.2. Поведение ускоряющего зазора в диоде
§ 3.3. Определение пространственных характеристик
пучка
§ 3.4. Установление соответствия энергии электронов
пучка и напряжения на диоде
§ 3.5. Угловые характеристики пучка
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение I

Релятивистский электронный пучок рассматривается как одно из наиболее перспективных средств нагрева плазмы в открытых системах импульсного типа [1-з]
Работы по физике взаимодействия РЭП с плазмой проводятся в течение более чем десяти лет во многих лабораториях (см., например, обзоры [4,5] ). В результате этих работ установлено, что в широком диапазоне параметров главным механизмом передачи энергии от пучка к плазме является микротурбулентность, возбуждаемая вследствие пучковой неустойчивости. Интенсивность такого взаимодействия уменьшается с ростом плотности плазмы, но остается достаточно высокой вплоть до плотностей (3*5)-Ю15 см“3, если плотность тока пучка составляет 3-5 кА/см2, а начальный угловой разброс не слишком велик [б,7] . В указанных условиях пучок выделяет 5-7% своей энергии на метр пути в плазме. При меньшей плотности плазмы интенсивность взаимодействия еще выше.
Энергия пучка вкладывается, главным образом, в высокоэнергетическую ”часть" электронной функции распределения: в зависимости от условий эксперимента характерная " температура” быстрых электронов составляет от нескольких килоэлектронвольт [8] до нескольких десятков килоэлектронвольт [9]
В экспериментах на установках ИНАР и ГОД-1 в И® СО АН СССР показано, что если пучок распространяется в достаточно сильном магнитном поле (более 5*10 кГс), то развитие микротурбулентности не сопровождается расплыванием пучка по радиусу или появлением радиальных блужданий пучка, которые могли бы вызываться, например, макроскопическими неустойчивостями (см. [10, 11,12}). Поэтому, при фиксированном начальном состоянии плазмы, радиальный профиль энерговыделения полностью определяется радиальным распределением тока пучка на входе в плазму и хорошо

контролируется.
Перечисленные особенности пучково-плазменного взаимодействия в открытых системах лежат в основе так называемой "двухступенчатой" схемы нагрева [п,13] , позволяющей, в принципе, осуществлять нагрев плазмы высокой плотности. Суть этой схемы заключается в следующем. Сгусток подлежащей нагреву плотной плазмы разбивается на две части (рис.1), разделенные промежутком с плазмой относительно низкой плотности. Длина этого промежутка подбирается так, чтобы пучок выделял на нем значительную долю своей энергии. В связи с отмеченным выше спадом интенсивности взаимодействия пучка с плазмой при росте ее плотности пучок будет свободно проходить участок I (рис.1), после чего будет тормозиться на участке 2, передавая свою энергию быстрым ("хвостовым") электронам плазмы. Последние же, свободно разлетаясь вдоль магнитного поля, будут передавать энергию концевым сгусткам за счет кулоновских столкновений. Поскольку энергия быстрых электронов плазмы существенно (в 10+100 раз) меньше энергии электронов пучка, то кулоновский пробег для быстрых электронов не слишком велик. Например, даже при их "температу-
/ Т7 Я
ре" Т ~30 кэВ и плотности сгустков п = 3*10 см имеем
Рис.1.

энергии от генератора в диод при увеличении зазора анод-катод, что указывало на достаточность эмиссии на катоде. Поэтому были проведены расчеты по выбору аопектного числа диода при фиксированных диаметрах катода. В расчетах учитывалась индуктивность генератора и принималась модель плоского диода о бесконечной эмиссией и уменьшением эффективного зазора А-К с постоянной скоростью, На Рис.18 приведены расчетные зависимости передачи энергии к диоду при разных соотношениях радиуса катода и диодного зазора в зависимости от индуктивности генератора. Видно, что при фиксированном диаметре катода 18 см эффективность передачи энергии в пучок составляет 0,8 при аспектном числе диода 1,5 и 0,9 при аспектном числе 1,1. Поэтому для получения пучков о большим
Рис. 18. Эффективность передачи энергии от генератора
в диод (расчет).
В расчетах использовалась модель плоского диода о заполнением плазмой. Скорость заполнения диода плазмой принималась равной 1,7°106 смЛзек. Rд = 9 см - радиус диода, с1 = 3? 5 и 8 см - зазор катод-анод. Ьг- индуктивность генератора.