ДОКЛАД КУЗНЕЦОВА АНДРЕЯ АЛЕКСАНДРОВИЧА ГРУППА ЭНБ-1 -12 На тему: “ Прохождение плазменными сгустками магнитного барьера в мультипольной ловушке”
Введение В настоящее время исследование мультипольных магнитных ловушек, которое проводится в МГТУ МИРЭА с 2000 г. , направлено на получение в ловушке плазмы с температурой на уровне 100 -300 э. В. Предполагается, что такую температуру можно получить, захватив в ловушку плазменный сгусток с энергией направленного движения протонов 300 -900 э. В. В мультипольных плазменных ловушках магнитное поле образует Рисунок 1. Распределение модуля магнитного поля в Тримиксе-3 М (СВЧ) область с нулевым магнитным полем, со всех сторон окруженную замкнутыми магнитными поверхностями, которые создают магнитную корку (см. рисунок 1). Инжекция плазменного сгустка производится перпендикулярно магнитным силовым линиям, причем внешнюю магнитную корку сгусток должен пройти с минимальными потерями. Для захвата сгустка в ловушку необходимо знать параметры магнитного барьера для полной остановки сгустка. В работе рассматривается процесс прохождения плазменных сгустков через магнитный барьер.
Отсечка сгустков поперечным магнитным полем При рассмотрении взаимодействия плазменного сгустка с магнитным полем, а именно при прохождении плазменного сгустка через поперечное магнитное поле считается, что сгусток не должен проходить через поле, если давление магнитного поля больше, чем скоростной напор плазменного сгустка (равновесие сил): , где В – величина индукции магнитного поля, 0 – магнитная постоянная, - удельная плотность плазмы, V – скорость плазменного сгустка поперек направления магнитного поля. Однако эксперименты по изучению прохождения плазменных сгустков через магнитный барьер 1, 2 показывают, что остановка (отсечка) сгустка магнитным полем наступала, если магнитное давление превышало скоростной напор по крайней мере на порядок. Рассмотрим процесс прохождения плазменного сгустка через магнитный барьер на основании закона сохранения импульса (количества движения), который справедлив даже, если в системе происходят диссипативные процессы. Импульс, который получает магнитное поле от сгустка, равен количеству движения сгустка: , где: S-площадь поперечного сечения сгустка, Lc – длина плазменного сгустка. Если принять, что t – время прохождения сгустка через магнитное поле равно длине магнитного барьера Lb, поделенной на скорость сгустка, то получается соотношение: (1) Откуда видно, что сгусток отсекается магнитным полем, если магнитное давление равно скоростному напору сгустка, умноженному на отношение длины сгустка к длине магнитного барьера. Для экспериментальной проверки полученного соотношения (1) необходимо измерять длину плазменного сгустка. Эксперименты показывают, что в сгустке имеется длинный хвост, состоящий из частиц с низкими скоростями. Поэтому точность определения длины сгустка небольшая. В эксперименте более надежно калориметром измеряется величина энергии сгустка. Поэтому выражение (1) было преобразовано с целью исключения из него Lc. Величина энергии сгустка. W, определяемой с помощью калориметра, равна: , или Подставляя величину динамического напора в (1) получим: (2) То есть для остановки сгустка магнитным барьером плотность энергии магнитного поля в барьере должна превосходить плотность энергии плазменного сгустка, определяемую как удвоенная величина энергии сгустка, деленная на объем, вырезаемый сгустком из
Описание экспериментов На стенде для исследования мультипольных магнитных ловушек в МГТУ МИРЭА были проведены эксперименты по прохождению плазменных сгустков через поперечное магнитное поле. Плазменные сгустки генерировались плазменной пушкой (рисунок 2) и Рисунок 2 Схема эксперимента. поступали в плазмовод. В средней части плазмовода установлены две прямоугольные магнитные катушки (отсечка), которые создавали поперечное направлению распространения сгустка в плазмоводе магнитное поле на длине 20 см. Скорость и длина плазменного сгустка определялись по сигналам с двух магнитных зондов 3 и 4, установленных в плазмоводе. В конечном сечении плазмовода сгусток попадал в калориметр. В эксперименте снималась зависимость величины сигнала с калориметра от величины магнитного поля в магнитном барьере. Из этих экспериментов была определена величина магнитного поля, при которой сгусток полностью отсекался. С помощью импульсного источника питания в системе отсечки можно было создавать квазистационарное (длительностью ~5 мс) магнитное поле величиной до 0, 4 Тл. Результаты приведены на рисунке 3. Следует отметить, что эти результаты получены для Рисунок 3.
режима работы, когда пушка генерирует только медленный сгусток (V~ 5 104 м/с). В этом режиме параметры сгустков мало отличаются в различных выстрелах. Полученные результаты показывают, что сигнал с калориметра становится равным нулю при величине магнитного поля в барьере ~ 0, 4 Тл. В этом случае сгустки полностью отсекаются магнитным барьером. Определенная по сигналам с магнитных зондов длина сгустков составила величину ~2 м и отношение Lc/ Lb=10. Полученные результаты показывают: для остановки сгустков давление магнитного поля должно превышать динамический напор на порядок. Определение длины сгустков по длительности сигналов с магнитных зондов весьма неточно. В эксперименте более надежно калориметром измеряется величина энергии сгустка. Однако для расчетов по формуле (2) необходимо было определить площадь сечения плазменного сгустка. Диаметр плазменных сгустков измерялся при их прохождении по плазмоводу. Для этого была изготовлена гребенка из 5 магнитных зондов (см. рисунок 4). Диаметр зонда 3 мм, длина – 20 мм. Гребенка вставлялась внутрь Рисунок 4. Фотография линейки магнитных зондов. плазмовода. Результаты, представленные на рисунке 5, покзывют, что поле вытесняется по всей площади плазмовода. Поэтому диаметр сгустка равен внутреннему диаметру плазмовода -100 мм. Полученные результаты позволяют сделать расчеты по формуле 2.
Расчет схемы источника питания и моделирование сигнала
Скачать презентацию ДОКЛАД КУЗНЕЦОВА АНДРЕЯ АЛЕКСАНДРОВИЧА ГРУППА ЭНБ-1 -12 На
Prezentatsia1.pptx