ЭЛЕКТРОДИНАМИКА СВЧ ВОЛН В НЕРЕГУЛЯРНОМ КОАКСИАЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ ЧАСТИЧНО ЗАПОЛНЕННОМ ПЛАЗМОЙ.

Ю.А. Лебедев, А.В. Татаринов

В работе представлено численное моделирование электродинамики СВЧ волн, распространяющихся в нерегулярной коаксиальной системе с плазмой в виде шара, горящего на торце центрального электрода. Для этого решались нестационарные уравнения Максвелла на двумерной сетке. Для выявления основных закономерностей перераспределения СВЧ энергии в такой системе исследовались различные профили плотности и размеры плазменного образования. Расчеты проводились для водорода в диапазоне давлений: 0.5  8 тор и плотностей: 0.2  100 n cr .

Возникновение шарообразной плазмы на торце центрального цилиндрического электрода наблюдалось в экспериментах. Были проведены исследования стационарного разряда в водороде, азоте и аргоне при давлениях 0.5  10 тор . Анализ пространственного распределения интенсивности излучения из плазмы показал, что области максимального поглощения СВЧ мощности расположены не только вблизи поверхности внутреннего электрода, но и на поверхности разряда.

Для получения пространственных распределений поглощенной мощности аналогичных экспериментальным, были проведены численные расчеты для шарообразной плазмы с различными значениями плотности и радиуса.

Для докритической плазмы любого размера СВЧ мощность поглощается вблизи торца центрального электрода. Область максимального поглощения имеет тороидальную форму, что наблюдается в экспериментах. Для закритической плазмы поглощенная СВЧ мощность локализуется как вблизи центрального электрода, так и в поверхностном слое плазмы.

Если плотность плазмы значительно превышает критическую, мощность в основном поглощается поверхностным слоем плазмы. Относительное распределение поглощенной мощности вдоль поверхности плазмы зависит от ее радиуса. При очень больших плотностях плазмы поглощающий слой становится тонким. Разряд отражает большую часть падающей мощности и ведет себя как металлическая сфера, помещенная на торец центрального электрода.

Удовлетворительное согласие с экспериментом может быть достигнуто только в случае, когда поверхностный слой плазмы закритический. Центральная область плазмы может быть как закритической, так и докритической. При этом пространственные распределения поглощенной мощности внутри плазмы отличаются незначительно.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант 02-02-16021).

Литература

1. 
   Birdsall C.K. and Langdon A.B. Plasma physics via Computer Simulation (McGraw-Hill Book Company) 1985
2. 
   Jackson J D, 2000 Classical Electrodynamics , 2 nd ed., Wiley, NY, 1975, 331
3. 
   Joseph R M , Hagness S C, Taflove A Optics Letters 1991 16 1412
4. 
   Бардош Л and Лебедев ЮА Физика Плазмы 1998 24 956
5. 
   Бардош Л and Лебедев ЮА ЖТФ 1998 68 29
6. 
   Лебедев ЮА, Мокеев МВ and Татаринов АВ Физика Плазмы 2000 26 293
7. 
   Лебедев ЮА, Мокеев МВ ТВТ 2000 38 381

Лебедев Ю.А., Россия, Москва, Институт Нефтехимического Синтеза им. А.В. Топчиева, РАН, [email protected]

Татаринов А.В., Россия, Москва, Институт Нефтехимического Синтеза им. А.В. Топчиева, РАН, [email protected]

Возможности управления ионным потоком в пеннинговском источнике ионов для нейтронных трубокАгафонов А.В., 1 Тараканов В.П.

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, г. Москва, Россия,
[email protected]
1 Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва, Россия,
[email protected]

В газонаполненных нейтронных трубках, используемые в каротажных технологиях, оптимальная длительность фронтов нейтронного импульса должна составлять менее 500 нс при примерном постоянстве нейтронного потока на основной части импульса длительностью от единиц до десятков микросекунд. Форма нейтронного импульса определяется в значительной степени формой импульса тока, выведенного из источника дейтронов (важным фактором является также обеспечение эффективной транспортировки и ускорения пучка к мишени). Решение поставленных задач требует исследования возможностей управления параметрами ионного потока, формируемого в источнике, по нескольким направлениям: «быстрый старт» для обеспечения короткого фронта импульса тока; пассивное или активное управление параметрами ионного пучка для формирования плоской вершины импульса. Это связано с варьированием большого количества параметров, по разному влияющих на характеристики выводимого пучка. К ним относятся амплитуда и длительность фронта напряжения, форма напряжения, величина и профиль магнитного поля, давление и состав газа, форма электродов и их расположение, положение и параметры начальной «затравки» для развития разряда, а также любые комбинации перечисленных выше возможностей, позволяющих управлять генерацией и выводом ионного пучка из источника. Большая часть этих возможностей носит статический характер. Всегда желательно иметь возможность управления параметрами пучка в реальном времени. Профилирование напряжения будет сильно влиять в первую очередь на процессы формирования ионов внутри источника из-за изменения энергетического спектра электронов и, соответственно, на изменение скорости ионизации. Изменением геометрии анода и его положения, или профиля внешнего магнитного поля, можно перераспределить полный ток ионов между выводным отверстием и полной поверхностью катода, чтобы увеличить или уменьшить долю выводимого тока по отношению к полному току ионов, формируемому в источнике. За счет такого перераспределения можно попытаться спрофилировать импульс тока в оперативном режиме. Изменение геометрии электродов в оперативном режиме, естественно, невозможно, а изменение профиля внешнего магнитного поля вполне реально, учитывая, что требуемый масштаб времени изменения магнитного поля, формируемого соленоидальными катушками, составляет микросекунды.

Моделирование перечисленных возможностей проведено по коду КАРАТ В расчетах учитывалось упругое рассеяние электронов, ионизация прямым столкновением и многоступенчатая ионизация атомов. Не учитывалась возможность вторичной ионно-электронной эмиссии с катода при бомбардировке его ионами, а также ионизация рабочего газа непосредственно образовавшимися ионами. Использована опция слияния частиц с близкими импульсами и координатами с момента времени, когда число крупных частиц превосходит максимальное заданное значение.

Литература

V.P. Tarakanov. User"s Manual for Code KARAT// Springfield, VA, Berkeley Research Associates, Inc. 1992, p 127

• Охват: Международная
• Даты проведения: 2-6 апреля 2018
• Место проведения: г. Звенигород, Московская область, Россия
• Число участников: 500
• Число иностранных участников: 10
• Число участников из МГУ: 250
• Число докладчиков: 300
• Веб-сайт: http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XLV/Zven_XLV.html
• Описание конференции:

  Первая конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу была проведена осенью 1973 года в Физическом институте им. П.Н. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН СССР). Организатором этой конференции был Научный совет по физике высокотемпературной плазмы, созданный академиком Л.А. Арцимовичем в рамках АН СССР. В 1973 году его возглавил профессор М.С. Рабинович. Конференция проходила в большом зале Лебедевского физического института при участии около 100 ученых из России, Украины и других республик, входивших в состав СССР. Основные проблемы, которые обсуждались на первой конференции были обусловлены прорывными исследованиями, выполненными в Курчатовском институте на установке токамак, на которой была получена рекордная для того времени электронная температура плазмы около 7 млн. градусов. В тоже время в СССР развивались и другие методы и установки для получения горячей плазмы: стеллараторы, открытые ловушки, Z-пинчи. С 1974 года эти конференции стали проходить ежегодно в городе Звенигород Московской области в пансионате Академии наук, что является очень удобным местом проведения, т.к. в нем имеется большой конференц-зал, несколько аудиторий для проведения секционных заседаний, а также зал для проведения стендовых секций. К настоящему времени тематика конференции расширена. Проводятся секционные заседания по физике магнитного удержания высокотемпературной плазмы, по проблемам инерциального термоядерного синтеза, по процессам в низкотемпературной плазме, по физическим основам плазменных и лучевых технологий, по международному проекту ITER при участии до 1000 ученых из 90 ведущих научных центров Российской академии наук, Университетов России, Институтов ГК РОСАТОМ и других научных организаций РФ. Уже первые конференции часто проходили с участием ведущих иностранных ученых стран Европы, США и Японии, которые приглашались организаторами конференции для чтения обзорных лекций по актуальным направлениям физики плазмы. В настоящее время конференция по праву считается международной, т.к. ежегодно в ней участвуют несколько десятков зарубежных ученых, представляющих около 30 ведущих научных центров США, Европы, Японии. Отбор докладов на конференцию проводится Программным комитетом, в состав которого входят известные российские и иностранные ученые. Созданный Международный консультативный совет конференции (International Advisory Board of the International Zvenigorod conference on plasma physics and controlled fusion - ICPAF), в который вошли ученые с мировыми именами, работающие в области физики плазмы, призван обеспечить и подтвердить международный статус Зенигородской конференции. Она является единственной ежегодной международной конференцией по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, проводимой на территории России.

• Добавил в систему:

Физика

XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС

Организаторы: Научный совет РАН по физике плазмы, Научный совет РАН по комплексной проблеме “Физика низкотемпературной плазмы”, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН, Научно-технологический центр “ПЛАЗМАИОФАН”, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Контактная информация: Емейл: [email protected], тел.: 499-1358031, 499-5038248
Эл. почта: NULL

Основная часть работы конференции предусматривает устные и стендовые доклады по следующим секциям:

- «Магнитное удержание высокотемпературной плазмы. Теория и эксперимент»,
- «Инерциальный термоядерный синтез»,
- «Физические процессы в низкотемпературной плазме»,
- «Физические основы плазменных и лучевых технологий».

На секцию «Магнитное удержание высокотемпературной плазмы. Теория и эксперимент» принимаются доклады, отражающие результаты экспериментальных и теоретических исследований по удержанию плазмы в магнитных ловушках различного типа, таких как токамак, стелларатор, различные типы пробкотронов, сферический токамак и др. На секции обсуждаются такие актуальные для данной области исследований вопросы, как повышение концентрации и температуры, а также времени удержания ионов и электронов в плазменном шнуре, использование различных способов дополнительного нагрева плазмы, взаимодействие плазмы со стенкой вакуумной камеры, процессы переноса, образование внешних и внутренних транспортных барьеров в плазме и др.

Тематика докладов на секции «Инерциальный термоядерный синтез» соответствует основным направлениям исследований в области ИТС, связанным с применением в качестве драйверов лазерных пучков, Z-пинчей и ускоренных пучков тяжелых ионов, а также родственным вопросам развития плазменных методов лазерного ускорения заряженных частиц.

Доклады секции «Физические процессы в низкотемпературной плазме» представляют исследования по следующим основным направлениям:

1) низкотемпературная плазма, стимулированная внешними воздействиями;
2) различные виды разрядов;
3) пылевая и комплексная плазма.

Кроме этого на секции рассматриваются доклады, связанные с технологическими применениями низкотемпературной плазмы.

В рамках секции «Физические основы плазменных и лучевых технологий» рассматриваются многочисленные предложения по технологическому использованию результатов исследований в области микроволновых разрядов. Спектр рассматриваемых вопросов весьма широк: нанесение пленок, изменение микроструктуры поверхностей очищение их с помощью поверхностных разрядов, очистка балластных и сточных вод, увеличение срока службы различных изделий и др. Кроме того рассматриваются технологические вопросы, связанные с воздействием на поверхности и объемные среды электронных пучков, что важно для улучшения эксплуатационных свойств различных деталей и создания новых материалов.

Секция «Проект ИТЭР. Шаг в энергетику будущего» на протяжении многих лет является неотъемлемой частью Международной конференции по физике плазмы и УТС, традиционно проходящей в подмосковном пансионате «Звенигородский» и посвящённой вопросам развития отрасли в России и за рубежом. 02 апреля, в первый день Конференции, представители Частного учреждения Госкорпорации «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» (российского Агентства ИТЭР), научных центров и предприятий, вовлеченных в процесс совместной реализации проекта, презентовали устные и стендовые доклады о ходе выполнения российских обязательств по изготовлению и поставке соответствующих компонентов будущей установки, лежащих в сфере российской ответственности.

В работе секции приняли участие представители Проектного центра ИТЭР, НИЦ «Курчатовский институт», ГНЦ РФ ТРИНИТИ, АО «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова», Лаборатории физики плазмы (Брюссель, Бельгия), ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера, АО «НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля», ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, УТС-Центра и других организаций. Секция, посвященная прогрессу в совместной реализации проекта ИТЭР, как обычно, привлекла широкое внимание экспертного сообщества: представителей Российской академии наук, а также ведущих российских и зарубежных исследовательских центров.

Также в первый день Конференции состоялся круглый стол, на котором эксперты – Виктор Ильгисонис, Директор направления научно-технических исследований и разработок Госкорпорации «Росатом», Александр Иванов, заместитель директора ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера, Джеф Онгена, руководитель Бельгийской ассоциации термоядерных исследований, Анатолий Красильников, директор Частного учреждения «ИТЭР-Центр», а также молодые сотрудники ИТЭР-Центра – ответили на вопросы журналистов, касающиеся прогресса в совместной реализации проекта ИТЭР, а также перспектив развития национальных термоядерных исследований.

«Очень правильно, что мы собрались сегодня здесь, потому что Звенигородская конференция – это традиционная и самая крупная конференция, которая проводится в нашей стране по проблемам управляемого термоядерного синтеза и физики плазмы. Очень приятно, что последние годы она проводится в международном формате. Эта конференция является своего рода срезом того, что мы имеем сегодня в области термоядерных исследований», – сказал в ходе круглого стола Виктор Ильгисонис.

Как заявил Анатолий Красильников, «что меня сегодня лично обрадовало, так это то, что конференция выполнила функцию форума для общения, здесь присутствуют все ключевые эксперты и специалисты в области термоядерных исследований. Это означает, что конференция свою функцию выполняет». Отвечая на вопрос журналистов о будущем термоядерных исследований, глава российского Агентства ИТЭР подчеркнул, что «уже сейчас мы должны думать над тем, чтобы параллельно с ИТЭР запускать в стране проекты по сооружению у нас установок, на основе которых будет развиваться внутренняя термоядерная программа».