авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Формирование и транспортировка сильноточных импульсных плазменных и ионных пучков в поперечном магнитном поле и замагниченной плазме

-- [ Страница 1 ] --

На праваx рукописи

АНДЕРСОН Майкл Гордон


ФОРМИРОВАНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВКА СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ И ИОННЫХ ПУЧКОВ В ПОПЕРЕЧНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ И ЗАМАГНИЧЕННОЙ ПЛАЗМЕ

01.04.20 - Физика пучков заряженных частиц

и ускорительная техника


Автореферат

диссертация на соискание учёной степени

кандидата физико-математических наук

Томск - 2006 г.

Работа выполнена в Калифорнийском университете, г. Ирвайн, Калифорния, США.

Научный руководитель: Доктор физико-математических наук,

профессор Быстрицкий Виталий Михайлович

Калифорнийский Университет, г. Ирвайн, США

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

профессор Усов Юрий Петрович

Доктор технических наук,

профессор Окс Ефим Михайлович

Ведущая организация:

Институт Сильноточной Электроники СО РАН, Томск

Защита состоится « 19 » февраля 2007 г., в « 15 » часов

на заседании диссертационного совета Д 212.269.05 Томского

политехнического университета.

634050, г. Томск, пр. Ленина, 2а, "НИИ ЯФ – Научно-Исследовательский Институт Ядерной Физики"

C диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан «____»________________2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук Кожевников А.В.


Общая характеристика работы

Актуальность исследования

Низкоэнергетические (~105 эВ), сильноточные, с микросекундной длительностью, нейтрализованные ионные пучки (ИП), и плазменные пучки (ПП) с энергией (~ 101-2 эВ) считаются многообещающими кандидатами для различных приложений, где требуется распространение поперек магнитного поля (МП) на удаленные мишени, и/или захват в замагниченных плазмах, а именно: конфигурация с реверсом поля (КРП), токамак, магнитные зеркала и т.д [1]. Наиболее близко из этих систем удержания плазмы к данной диссертации относится КРП, которая в последнее десятилетие стала предметом широких исследований благодаря ее потенциалу, в качестве альтернативного подхода к магнитному термоядерному синтезу [2]. Тем не менее, формирование и транспортировка сильноточных, низкоэнергетических пучков до сих пор представляет нетривиальные проблемы. Некоторые из них: расходимость пучка вследствие неполной нейтрализации пространственного заряда и неоднородности, различные неустойчивости пучка при транспортировке, ограничение длительности импульса пучка шунтированием плазмой ускоряющего анод-катодного (АК) зазора, либо в связи с Холл-эффектом в случае ИП и ПП, соответственно [3,4]. В то же время, существующие экспериментальные данные по транспортировке ПП/ИП в поперечных МП ограничены, а данные по инжекции ИП/ПП поперёк МП в стационарную плазменную конфигурацию отсутствуют, что впоследствии и стимулировало выполнение данной работы [5].



Цель исследования

Исследование формирования и транспортировки сильноточных ПП и ИП в вакууме и замагниченной плазме поперек МП в плане их будущего применения для нагрева и удержания стационарных плазменных конфигураций. Проведение экспериментов с использованием инжекции ПП/ИП для увеличения времени жизни КРП и МП.

Научная новизна результатов

Получены новые экспериментальные данные в более широком диапазоне параметров (E ~100 эВ, J ~ 10 до 100 А/см2) по транспортировке ПП поперёк МП (0.1 - 1.5 кГс) по сравнению с предыдущими экспериментами в вакууме и замагниченной плазме. Обнаружено уменьшение плотности периферийных слоев ПП, сильное торможение ПП с ярко выраженным банчированием его сердцевины с увеличении ее плотности более, чем на порядок величины (> 200 А/см2). Продемонстрированы диамагнитный и коллективный режимы транспортировки ПП в вакууме с МП и замагниченной плазме.

Получены новые экспериментальные данные по повышению эффективности транспортировки ИП вдоль нового ведущего канала, и по транспортировке пучка поперек МП (0.1 - 1.5 кГс) в вакууме и замагниченной плазме в более широком диапазоне параметров (E ~ 60 до 120 кэВ, J ~ 1 до 25 А/см2) по сравнению с предыдущими экспериментами. Продемонстрированы коллективный и одночастичный режимы транспортировки ИП в вакуумном МП и замагниченной плазме соответственно.

Проведены систематические эксперименты по формированию КРП с аксиальной инжекцией кольцевых плазменных потоков в коаксиальном соленоидальном реакторе.

Разработаны, выполнены и проанализированы первые эксперименты по тангенциальной инжекции ПП и ИП в КРП.

Положения, выносимые на защиту

  1. Показано для широкого диапазона параметров пучков, по сравнению с предыдущими экспериментами, что транспортировка импульсных сильноточных плазменных пучков (ПП) (E ~100 эВ, J ~ 10 до 100 А/см2) и ионных пучков (ИП) (E ~ 60 - 120 кэВ, J ~ 1 - 25 А/см2) поперек ПМ (0.1- 1.5 кГс) в вакууме контролируется коллективным механизмом ExB дрейфа, сопровождаемым уменьшением плотности периферийных слоев пучка вдоль линий МП, а в случае транспортировки ПП, ярко выраженным банчированием сердцевины пучка (> 200 А/см2).
  2. Предложено и доказано, что для нового метода формирования долгоживущей конфигурации с реверсом поля (КРП) посредством аксиальной инжекции кольцевых плазменных потоков большую роль играет величина остаточного МП (< 10 Гс) в коаксиальной области во время запуска КРП, что определяет баланс давления на конфигурацию плазмы.
  3. Продемонстрировано, что тангенциальная инжекция импульсного сильноточного ПП в предварительно сформированную КРП приводит к захвату пучка в конфигурации и соответственному увеличению времени жизни КРП (10%) и амплитуды МП (50%).
  4. Показана возможность захвата импульсного сильноточного ИП, инжектированного поперек МП в предварительно сформированную КРП.

Научная и практическая значимость работы

Разработана и протестирована новая схема формирования и транспортировки ИП, которая представляет ценность для множества прикладных и фундаментальных исследований, связанных с использованием пучков частиц для термоядерного синтеза с магнитным удержанием, плазменной накачки лазеров, транспортировки ИП к удаленным мишеням.

Подтверждены имеющиеся данные по транспортировке ПП и ИП поперёк МП в вакууме и замагниченной плазме и добавлены новые данные для более широкого диапазона экспериментальных условий.

Результаты первых экспериментов по инжекции ПП/ИП поперёк МП в КРП значимы для различных исследований, связанных с нагревом и удержанием магнитно-замкнутых плазменных систем, в которых используются пучки частиц.

В настоящее время данные результаты используются совместными усилиями Калифорнийского Университета г. Ирвайн и компании Три-Альфа Энерджи, для определения оптимальных параметров пучка, для эффективного нагрева и удержания КРП большого диаметра.

Публикации результатов

Опубликовано 13 работ по теме данной диссертации в научных журналах и трудах конференций (см. список публикаций, [P1-P13], в конце автореферата), в том числе 6 работ в реферируемых научных изданиях. Результаты данной диссертационной работы докладывались на: the 14th IEEE International Pulsed Power Conference, (Пискатауай, Нью-Джерси, США, 2003); the 31st IEEE International Conference on Plasma Science, (Пискатауай, Нью-Джерси, США, 2004); the 13th International Symposium on High Current Electronics, (Томск, Россия, 2004); the 15th International Conference on High Power Particle Beams, (Санкт-Петербург, Россия, 2004); the 6th Symposium on Current Trends in International Fusion Research, (Вашингтон, округ Колумбия, США, 2005); the 32nd IEEE International Conference on Plasma Science, (Monterey, California, USA, 2005) и the 14th International Symposium on High Current Electronics, (Томск, Россия, 2006).

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Полный объём диссертации составляет 137 страниц, 47 рисунков и 5 таблиц. Список цитируемой литературы включает 116 источников.

Содержание диссертации

Во введении представлены актуальность исследования, цели работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан краткий обзор важных, существующих экспериментальных и теоретических данных по формированию и транспортировке импульсных сильноточных ПП/ИП поперек магнитного поля в вакууме и плазме. Дано обоснование выбора магнитно-изолированного диода (МИД) в качестве источника ИП и коаксиальной плазменной пушки в качестве источника ПП, использовавшихся для выполнения исследования. Основываясь на обзоре и анализе существующих релевантных данных, в рамках программы общих исследований лаборатории Профессора Ростокера Калифорнийского Университета г. Ирвайн, основные задачи представленной диссертации сфокусированы на исследовании формирования и транспортировки ИП/ПП поперек МП в вакууме и замагниченной плазме в широком диапазоне экспериментальных параметров, имеющих отношение к их инжекции и захвату в КРП, и наконец, на экспериментальном подтверждении данного процесса.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки и диагностики. Схема эксперимента приведена на Рис. 1а, 1б.

Мишенная плазма со средним диаметром 50 см генерировалась двумя кольцевыми наборами из 16 титаново-водородных плазменных пушек (ПП) типа J x B [P1-P3], или двумя индукционными плазменными драйверами [P4,P5]. Мишенная плазма инжектировалась вдоль внешнего МП с обоих торцов вакуумной камеры.




















Рис. 1. (а) Схема экспериментальной установки: (1) источники питания систем плазменных пушек, (2) системы плазменных пушек, (3) транспортный соленоид, (4) плазменный/ионный ускоритель, (5) внешние и внутренние коаксиальные обмотки, (6) плазменный/ионный пучок, (7) исходная плазма, и (А) средняя плоскость. (б) Диагностическая аппаратура и ее положение: (1) двойной Лэнгмюровский зонд, (2,5) линейные, вертикально расположенные наборы КЦФ, (3а, 3б) СВЧ источник и приёмник, (4,6) два набора dB/dt - датчиков вдоль оси камеры и большой пояс Роговского, (7) 90° поворотный набор КЦФ, (8) кольцевой вращающийся набор КЦФ типа «лейка», (9) ускоритель ПП/ИП, (10) транспортирующий соленоид, (11) кабельные пушки, и (12) Н- детектор, (13) набор КЦФ, установленный у стенки [P3].

Составной набор dB/dt- датчиков с диаметром обмоток 5мм (см Рис. 1) позволил исследовать топологии МП во времени при инжекции ПП и ИП. Измерения температуры исходной плазмы проводились с помощью двойных Лэнгмюровских зондов. На основании этих данных оцениваемое полное количество потока ионов исходной плазмы, составило ~ 1018 ионов. Параметры плазмы и ионных пучков даны в Таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры ИП и ПП [P3].

Плазменный Пучок Ионный Пучок
Ионы плазмы Н+ H+ Плотность, ni = ne ( cм-3) (1-3) 1012-1013 (2-5) 1011 Направленная скорость, vi/ (vi/c) ( 0.5-1.5) 107/(1.7 -5.0) 10-4 (3-5) 108 / (1-1.6) 10-2 Направленная энергия ионов, (эВ) 10 - 102 (0.6- 1.3) 105 Поперечная энергия ионов, (эВ) ~ 6-10 ~ 500 Поперечная энергия электроннов (эВ) ~ 20 ~ 100 Диэлектрическая константа, 2 10 3- 6.8105 1.5103 – 2104 Ионный гиро-радиус i ( см ) 0.7 – 2.8 25-90






Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.