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 ~5мс) 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 ~2м и отношение L_c/ L_b=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 3мм, длина – 20мм. 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.

Из рисунка 3 видно, что величина энергии сгустка при нулевом магнитном поле в магнитном барьере W лежит в пределах 50 – 80 Дж. Диаметр сгустка 0.1м. Длина магнитного барьера 0.2м. Расчет по этим данным дает величину:

= (5 -10)×10⁴Па

Расчет магнитного давления в барьере при В=0,4Тл дает величину:

=6,4 ×10⁴ Па

Эти расчеты показывают удовлетворительное согласие с полученным выражением (2). Следует также заметить, что экспериментальная проверка этого выражения более простая, чем проверка выражения (1). Кроме этого все величины в формуле (2) можно определить в одном выстреле пушки. Это особенно повышает достоверность измерений, так как параметры сгустка в различных выстрелах могут сильно отличаться. Выражение (1) и (2) позволяют оценить параметры сгустка для прохождения магнитного барьера. Эта зависимость свидетельствует о возможности применять инжекцию плазменных сгустков не только в мультипольные ловушки, но и в ловушки типа токамак, что экспериментально было подтверждено в [3].

Авторы благодарят В.В.Васильева и В.М.Струнникова за полезные замечания по работе. Работа выполнена при частичной поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации и РФФИ, грант № 13-08-00717 и грант №12-01-00071.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1]. Андрюхина Э.Д, Шпигель И.С, ЖТФ, 1965, том 35, №7, стр.1242-1251.

[2]. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, т.1Х-3, глава 3, 2008, стр.244-278.

[3]. Абрамова К.Б., Воронин А.В., Гусев В.К.и др., Физика плазмы, 2005,том 31, № 9, стр.1-9.

Анотацияая

В работе показано, что величина магнитного давления, необходимого для остановки (отсечки) плазменного сгустка в магнитном барьере, зависит как от величины скоростного напора в сгустке, так и от соотношения между длиной барьера и длиной плазменного сгустка. Экспериментальная проверка полученного соотношения дала положительный результат.

Дата добавления: 2015-05-29