(ппт) поперек сильного магнитного поля

УДК 537.6 (06) Мощная импульсная электрофизика
А.А. ШВЕДОВ
Научный руководитель – Г.И. ДОЛГАЧЕВ, д.ф.-м.н.
ФГУ РНЦ «Курчатовский институт»
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ДИНАМИКА ЗАПОЛНЕНИЯ ПЛАЗМОЙ ЗАЗОРА
ПЛАЗМЕННОГО ПРЕРЫВАТЕЛЯ ТОКА (ППТ) ПОПЕРЕК СИЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Известно, что ППТ в эрозионном режиме в сравнении с МГД- и ЭМГ- режимами позволяет получить
одновременное увеличение энергетики и напряжения. Его единственный недостаток – низкие величины погонных (по длине окружности наружного электрода ППТ) плотностей переносимых через ППТ заряда
(qпог≈5мКл/см) и тока (jпог≈5кА/см) [1]. Именно эти величины определяют диаметр ППТ и при токах в десятки МА делают его технически не реализуемым. Для ППТ в МГД - ЭМГ режимов qпог.ЭMГ≈20мКл/см и
jпог.ЭMГ≈20 кА/см. Повышение qпог и jпог для эрозионного ППТ во внешнем магнитном поле - актуальная задача программы «Байкал». Эффективная работа эрозионного ППТ во внешнем магнитном поле требует выполнения условий на концентрацию плазмы n≤1014cм-3 и величину внешнего поля Вz≈3Всобственное поле тока
=30.2I/R=30.22πjпог=3.8jпог ≈3.8qпог/τ (здесь I – амплитуда тока ППТ, R – радиус наружного электрода
ППТ, τ≈1мкс – длительность импульса тока). Т.е. увеличение qпог в (4-5) раз за счет соответствующего
уменьшения диаметра ППТ требует увеличение длины ППТ до ~50см для выполнения условия на n и внешнего магнитного поля до ~60 кГс – для выполнения условия на ВZ . Цель работы – решение первого этапа
задачи снижения диаметра ППТ, а именно, определение возможности заполнения зазора ППТ плазмой поперек внешнего магнитного поля напряженностью до 60 кГс и изучение зависимости динамики плазмы от
величины этого поля.
Эксперименты по изучению динамики заполнения зазора ППТ поперек магнитного поля проводились на
макете (рис.1). В максимуме магнитного поля в зазоре ППТ через общий разрядник включалось питание
плазменных пушек и анода ППТ. С помощью 3-х кадровой ЭОП – фотографии с экспозицией 50 нс (использовались сборки из двух последовательных ЭОП ЭП-15 с коэффициентом преобразования ~104 и регистрацией на CCD камеру) определялись компоненты скорости распространения фронта свечения плазмы. Рис. 2
- типичные результаты эксперимента.
Появление свечения на ЭОП - фотографиях на разных участках меж-электродного зазора ППТ в момент
времени, определяемый задержкой запуска ЭОП относительно пушек позволяло оценить радиальную и продольную компоненты скорости распространения свечения. Азимутальная компонента скорости свечения
определялась силой I×BZ, где I – ток
Рис. 1. А. Схема эксперимента:1 –
Рис. 2. Слева осциллограммы: Iп
изолятор анода, 2 – вакуумная ка- тока пушек (4 кА/дел), Iа.б. –
мера, 3 – корпус катода, 4 – витки
тока анодной батареи (4 кА/дел),
соленоида (1400 мкФ, 4,5 кВ), 5 –
tз – время задержки Iа.б. относиплазменные пушки (4 шт 0,8 мкФ,
тельно Iп при их одновременном
25 кВ), 6 – анод (0,4 мкФ, 25 кВ), 7 – включении, запуск ЭОП (отн.
распределение магнитного поля
ед.). Развертка – 1мкс/дел.
соленоида, 8 – зеркало, 9 – окно, 10
Справа - соответствующие ЭОП
– ЭОП.
– фотографии для 3-ех значений
Б. Расчетное распределение магнит- магнитного поля.
ного поля соленоида (достаточно
хорошо совпадает с экспериментально измеренным распределением).
анодной батареи, текущий по плазменному каналу одной пушки, и оценивалась по задержке запуска ЭОП
относительно начала тока анодной батареи. На рис. 3 приведены зависимости скоростей от величины В Z.
УДК 537.6 (06) Мощная импульсная электрофизика
0,1 мкс
0,4 мкс
3,6 мкс
Рис. 3 Зависимости V(см/мкс) от Рис. 4. Эопограммы свечения зазоВZ(кГс): Vрад.зам радиального замы- ра ППТ в сильном поле (B=60кГс)
кания ППТ, Vпрод, Vрад., Vазимут – при разных задержках запуска
продольного, радиального и ази- ЭОП относительно начала тока
мутального движения свечения.
анодной батареи.
Продемонстрированная возможность замыкания зазора ППТ плазмой поперек ВZ =60 кГс (рис. 4). Высокая
скорость азимутального «размазывания» плазмы в сильном ВZ позволяет сформулировать новый подход к
решению проблемы предымпульса в программе «Байкал».