Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование токовых слоев и пучков частиц по результатам модельных экспериментов и спутниковых данных

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Формирование токовых слоев и пучков частиц по результатам модельных экспериментов и спутниковых данных"

¿2,1 12 9 2

российская академия наук

ОРДЕНА ШИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СОЛНЕЧНО-ЗЕМНОЙ ФИЗИКИ

Не правах рукописи УДК: 550.383, 533.9

Шишко Александр Анатольевич

ФОРМИРОВАНИЕ ТОКОВЫХ СЛОЕВ И ПУЧКОВ ЧАСТИЦ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ 04.00.22 - Геофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Иркутск, 1992 г.

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте солнечно-земной физики Ордена Ленина Сибирского Отделения РАН г. Иркутск

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Пономарев Е.А.

кандидат физико-математических неук Пархомов В.А. (Институт народного хозяйства, г. Иркутск).

Ведущее предприятие: Иркутский государственный университет.

Защита состоится " " 1993 года в чаеои

на заседании специализированного совета Д.003.24.01 в Институте солнечно-земной физики СО РАН (664033, г. Иркутск, уя. Лермонтова, 126).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института солнечно-земной физики СО РАН.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических неук

г

А.И. Галки!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посЕЯщена экспериментальному исследованию процессов, возникающих при взаимодействии потоков космической плвз-мы о магнитным нолем и поверхностью твердых тел.

Непрерывно расширяющееся освоение космоса требует дальнейшей детализации и конкретизации представлений о строении околоземного к околосолнечного пространств, о протекающих в них процессах. йэ используемых для этой цели средств, среди которых находятся наземные измерения, спутниковый, лабораторный и вычислительный эксперименты, наиболее информативны измерения на спутниках. Однако, данные со спутников часто приходится получать с неоптимальных орбит. Кроме того, начальные условия не могут бить контролируемы в целом (в связи с большой сложностью объекта исследования). •

Поэтому, несмотря на значительный рост в последнее время числа и качества спутниковых данных, лабораторное моделирование остается одним из действенных способов исследования космических явлений. Это связано прежде всего с тем, что осуществление лабораторных экспериментов сравнительно проще локальных измерений в космосе, позволяет многократно воспроизводить изучаемый объект при достаточно контролируемых начальных условиях.

Кроме того, в лабораторных экспериментах достигаеФся большое разнообразие безразмерных параметров плазмы - отношения газокинетического давления электронов, ионов или динамического давления потока к магнитному; чисел Маха-Альвенз; отношения токовой скорости к тепловым или звуковым скоростям. Сравнивая наблюдаемые в космосе.размеры я временные длительности процессов с характерными лабораторными масштабами и временами, различные безразмерные параметры, получают ценную информацию о"природе диссипативных процессов существенную для разработки теоретической моцели. Примем необходимость дальнейшей детализации представлений о космических процессах делает более в'ажным на современном этапе по непосредственное моделирование поведения космической плазмы в лаборатории, дающее'возмЬжйость получения достаточно обаюЯ инфорг.оцаи, о ограниченное моделирование', которое

С V

позволяет уточнить знания о шнрострунтуре магнитосферы, определяющих ее процессах и т.д. Особый интерес вызывают явления, сопровождающиеся генерацией пучков чаотиц. Большинство событий в космической плазме сопровождается генерацией пучков ионов или электронов, поэтому их регистрация позволяет диагностировать космические процессы на значительном удалении от места их протекания .

В .связи с попытками построения модели Солнечно-Земного космического пространства, как комплексной взаимодействующей системы, исследования механизмов взаимосвязи, ответственных за перенос энергии ' и массы в системе Солнце-Земля, возрастает интерес к исследовониям токовых слоев - тонких плазменных оболочек, разделяющих области плазмы с различными параметрами, поперечный характерный размер (толщине) которых мал по сравнению с продольными размерами.

При изучении магнитосферы трудно переоценить значение исследования токовых слоев. Достаточно перечислить хотя бы такие объекты как граничная ударная волна, хвост магнитосферы, магни-топауза. Эти три токовых слоя неизменно привлекают всеобщее внимание.

При рассмотрении перпендикулярных слоев, в которых градиенты концентрации плазмы, температуры, магнитного поля и т.д. направлены перпендикулярно к плоскости фронта, из вышеуказанных токовых слоев наиболее исследованным является головная ударная волна - токовый слой, в котором градиенты концентрации, температуры плазмы и магнитного давления совладеют по направлению. 6 дневной магнитопауае при северном ММП Градиенты концентрации и давления плазмы направлены встречно по отношению к градиенту магнитного поля, причем последний ориентирован на Землю. В маг-нитопаузе с южным ММП имеются градиенты магнитного поля, ориентированные как к Земле, так и к Солнцу, но и в этом случае градиенты концентрации и дввления плазмы направлены встречно по отношению к градиенту магнитного давления. Очевидно, что нейтральный слой в хвосте магнитосферы также содержит противоположно направленные градиенты плазменного и мвгнитного давления.

Понменее исследовано мэгиитопаузэ

При исследовании головной ударной волны, в кочестве модель-

ного объекта, давшего основное количество сведений о структуре бесстолкновительных ударных волн, были выераны цилиндрические сходящиеся волны в индукционных разрядах.

Однако, совокупность трудностей уверенной локализации магнитного поршня при параллельной ориентации начального и.сжимающего полей, наличие двумерной топологии магнитного поля в поршне при ентипарзллельной ориентации, сложность получения информации о параметрах плазмы (особенно об ионной температуре) в припоршне-вой облаоти, предопределили тот фвкт, чтч несмотря на очевидность выбора модельного объекта для совокупности околоземной ударной волны и магнитопаузы (по крайней мере в подсолнечной области) в виде ударной волны и мвгнитного поршня в индукционном разряде, лабораторное исследование процессов в мпгнитопаузе не проводилось.

Поэтому поиск других лабораторных объектов, способов нагрева плазмы до температур в десятки электронвольт, ноторые могли бы использоваться для изучения структуры магнитопаузы остается актуальным. Особое внимание следует уделить процессам, в которих наблюдается сравнимый или преобладающий нагрев ионного компонента по отношению к электронному.

Значительный интерес при этом привлекают граничные токовые слои, возникающие при торможении потоке плазмы магнитным полем в классической постановке Чепмена-Ферраро-Розенблюта или при сжатии плазмы без магнитного поля.

Очевидно, что в токовых олоях, формирующихся в индукционных разрядах при сжатии ппазмы без магнитного полЯ| должны протекать процессы, аналогичные наблюдавшимся в басстолкновитель-ных ударных волнах - сравнимый нагрев плазмы, формирование отраженных пучков ионов, появление поршневой структуры и т.д.

Результаты по формированию пучка отраженных ионов представляют также интерес для изучения бесотолкновительных ударных волн, диагностики процессов в взрывных космических явлениях. Результаты, полученные для порлнввой структур^, могут использоваться для анализа микроструктуры магнитопаузы.

Поиск условий генерации пучков важен также и для практических применений. Несомненно значение изучения пучков частиц техногенного происхождения с точки зрения повышения надежности кос-

ыической влплратуры, снабженной чувствительной электронной техникой. Электрические разряди, возникающие при стоке постепенно накапливающегося на диэлектрических поверхностях заряда, являются одной иэ причин многочисленны* сбоев, повревдений. электронной техники в изоляции силового оборудования, искаязния показаний • измерительных приборов, -а, в некоторых случаях, даже потери спутников. ,•,■■...•....■-.,.

Цель работы. ;

1. Экспериментальное исследование динамики и структуры токовых слоев, формирующихся при сжатии плазмы магнитным пслем. Сравнительный анализ токовых слоев' с параллельными и внтипзраллельными градиентами магнитного И плазменного давления в лаборатории и околоземном космическом пространстве.

2. Изучение плазменнопучковых процессов вблизи поверхности предварительно заряженной диэлектрической поверхности.

".вучная новизна.

1. Впервые исследованы формирование квазилеминарного токового слоя, динамика плазменных потоков и нагрев плсзмы при магнитном сжатии плазмы без магнитного поля. Проведен сравнительный анализ турбулентных токовых слоев, наблюдавшихся в лаборатории и в космосе," с совладеющими по направлению градиентами магнитного и плазменного давления.

2. Впервые проведено сравнение лабораторных токовых слоев с противоположными направлениями градиентов магнитного и плазменного давления и магнитопаузы с северным направлением межпланетного магнитного поля.

3. Проведено моделирование процессов, возникающих при 38-рядке диэлектрической поверхности космического аппарата. Впервые показано, что разряд поверхности сопровождается генерацией пучка электронов.

4. Впервые разработаны оригинальные источники плазмы с использованием диэлектрической заряжаемой поверхности, предложены методы'стимуляции разряда дизлектрическ й поверхности. Предложена оригинальная конструкция ловушки магнитного потока.

- Б

Практическая ценность результатов работы.

Результаты работы по сравнительному анализу космических и лабораторных токовых слоев могут использоавться при рассмотрении механизмов диссипации анергии в магнитосф-зре, взрывных явлениях на Солнце, построении моделей магнитосферы.

Результаты работы по формировании токовых слоев в плазме могут использоваться для анализа особенностей нагрева плазмы в быстрых магнитогидродинамических возмущениях, разработке устройств для получения импульсов магнитного поля с крутым фронтом и медленным спадом.

Результаты работы по исследованию плазменнопучковых процессов вблизи поверхности предварительно заряженной диэлектрической поверхности могут использоваться при разработке методов контроля потенциала не диэлектрической поверхности космического аппарате, при разработке методов защиты космического аппарата, от электризации, разработке генераторов плазмы и устройств записи информации.

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах СибИЗМИР СО АН СССР, ФИАН, МИФИ. Докладывались на 14 (Гренобль, 1979), 15 (Минск, 1981), 16 (Дюссельдорф, 1983), 19 (Белград, 1989) Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах, 6 Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Ленинград, 1983), Международном рабочем совещании по обсуждению анализа данных ГСМ (Иркутск, 1985), П и Ш рабочих совещаниях по моделированию космических явлений в плазме (Новосибирск, 1983, 1990 г), 16 Всесоюзной конференции по радиоастрономическим исследованиям Солнечной сйстомы (Звенигород, 1904). По теме диссертации опубликовано 15 статей, докладов на. "различных конференциях, препринтов, получено 3 авторских свидетельства.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка цитированной литературы.

Краткое содержание раеоты.

Во введении обоснована актуальность исследования токовых слоев в магнитосфере и их лабораторных аналогов, условий формирования токовых слоев и пучков частиц, кратко сформулирована задача исследования, приводится краткое содержание диссертации по главам.

В первой главе приведены результаты экспериментов по сжатию плазмы в токовых слоях в тэта-пинче и ШШП (описание экспериментального оборудования приведено в приложении).

В начале главы кратко рассмотрены овойства граничного токового слоя, вытекающие из стационарного решения в рамках задачи Чепмена-Ферраро-Розенблюта о натенании холодной бесстолкнови-тельной плазмы на магнитный барьер, анализируется возможность существования стационарного решения с диссипацией, рассматриваются данные ранних экспериментов По нагреву плазмы в граничных токовых слоях.

Эксперименты показали, что на начальной стадии сжатия плазмы без магнитного поля формируется кввзиотоционарный токовый слой с параметрами, близкими к параметрам стационарного решения Чепмена-Ферраро-Розенблюта.

Сжатие сопровождается отражением потока налетающей плазмы в системе отсчета, связанной с токовым слоем, и нагревом плазмы. Температуры электронов и ионов в слое сравнимы, с превышением электронной температуры относительно ионной. Максимальная Концентрация плазмы в слое ограничивается на уровне, при котором нвпрввланная скорость потока сравнивается с тепловой ионной скоростью.

Наблюдается формирование заднего фронта с противоположными направлениями градиентов плазменного и магнитного давления, аналогичного магнитному поршню ударной волны, с толщиной, сравнимой с толщиной переднего фронта.

При встречных направлениях начального М< и сжимающего ¡¡2 магнитных полей Щ Н Н2 , 0.014 < < 0.14

( С«-Чне - электронная циклотронная ■ чстота, - элек-

тронной плазменная частота) наблюдалось формирование диффузион-

ной волны разрежения, уменьшающей начальное поле. По остаточному полю распространялся токовый слой со свойствами близкими к граничному слою, формировавшемуся в плазме с \\ц & О

Измерения энергетических спектров иснов фиксируют генерации' потоков ионов с энергией, соответствующей отраженным слоем частицам .

Начало нарастания электронной концентрации соответствовало моменту времени, при котором магнитное поле но донном радиусе меняло направление.

При увеличении начальной концентрации картина процесса становилась нестационарной на размере регистрации ~ I см -наблюдался переход к токовой структуре, состоящей из ударно-подобного возмущения, с полярностью соответствующей начальному полю , и поршня в пиде нейтрального токового слоя.

Динамика нейтрального токового слоя является типичной для сжатия плазмы в тота-пинчв. При остановке слоя в приосевой области наблюдался ионный спектр, характеризующийся наличием основной массы ионов и малой доли частиц, ускоренных до энергии

I кзВ. Распределение основной мессы ионов по энергиям соответствует максвелловскому с температурой' Tt rsJ' 30-40 зВ.

При увеличении начального поля эффективность .сжатия падала из-за выравнивания давлений магнитного поля с разных сторон нейтрального слоя.

В диапазоне низких начальных концентраций, в котором волна сжатия но формировалась, заметная аксиальная структура отсутствовала. В диапазоне, соответствующем появлению удэрноподобного возмущения, наблюдалась модуляция тока вдоль аксиального направления и отклонение формы токе от прямого цилиндра.

Во второй глэве проводится сравнительный анализ перпендикулярных токовых слоев, формируемых в лабораторных экспериментах и наблюдаемых в космической плазме, по донным, полученным со спутников серии I,S'EE , Voyager* , Прогноз, Венера.

Имеющиеся донные по структуре токовых слоев - ударных волн и граничннх слоев, полученные на лабораторных установках и в космосе, позволяют провести анализ отношений токовой скорости к скорости ионного звука 39 •» Т0Л!Дины токового слоя к

Л/с

электронной инерииельной длине о = / со ' для токових слоев с различными начальными условиями и структурой нагреве плазмы.

По экспериментальным данным можно выделить три характерных размера § ,'каждый из которых характеризуется ему

присущим значением ЭЙ в основном скачке магнитного поля. Такие же у и обнаруживаются и в космических экс-

периментах. В космических ударных волнах наблюдается значительный ионный нагрев, превосходящий нагрев электронов. В лвборатор-ных токовых слоях (ударных волнах и граничных токовых слоях), в основном, происходит преимущественный электронный нагрев. В кво-зиламинэрном граничном токовом слое нагрев обоих компонентов плазмы сравним по величине.

Анализ структуры магнитопауэы при северном направлении межпланетного магнитного поля ii в лабораторных токовых слоях с противоположно направленными градиентами плазменного и магнитного давления показывает, что они являются бесстолкновительннми - их толщина меньше длины свободного пробега относительно парных ку-лоновских соударений. Тола|инз переходного токового слоя вмагни-топвуэе равна,нескольким ионным ларморояским радиусам и сравнима, с длиной волны наблюдаемых магнитных колебаний,-толщина квази-г ферраровской границы составляет' несколько гибридных ларморовских радиусов. ■

Наиболее близкими параметрами обладают квэзиферраровская граница между переходным и внешним слоями и квазиламинарный токовый слой с близкими' ho величине Ионной и электронной температурами. Для обоих случаев j}^ < I, ft - < I, ^тЗ

г Г( р"T/J.2 ). 1 1 • <,в

Токовые слои с противоположными направлениями градиентов магнитного и плазменного давления, с характерной толщиной, сравнимой с длиной волны мягнитных "колебаний в лабораторных условиях-не наблюдались. •■■■•.• ••-•'•'•'

Как показали экспериментыпри мЬгНитном сжатии плазмы, сопрев скдаю'цеме'п появлением отраженного потока', распределение отраженных частиц по'энергиям имеет характерный вид плато с обреза-ниег на энергии ,'соответствующей''удвоенной скорости токового, глол. Аналогичный вид имеет распределение чметип по энергиям и в

случае формирования нейтрального токового слоя током прямого разряде., использующемся в качестве модельного объекта, при поучении вспышочных явлений на Солнце. Спектр протонов, генерируемых в солнечных вспышках, также мпгет быть представлен в виде плато с обрезанием на энергии (эдц - Анализ безразмерных параметров модельных экспериментов позволяет предположить, что нагрев ионного компонента есть следствие релпксации потоков плазмы, возникающих на стадии формирования, нейтрального слоя во вспьгаечной области, о

" есть характеристика локальных параметров области ускорения чеетиц.

В третьей главе приведены результаты изучения плэзменно-пучкових процессов вблизи поверхности предварительно заряженной диэлектрической поверхности. Экспериментально показана возможность зарядки.поверхности электронным пучком, эытягивеемым из плээ.\«ц бзръерного разряда с, помощью электрода, расположенного позади сарякаемой ми-дени.-Стимуляция разряда поверхности может быть осуществлена увеличением давления нейтрального газа вблизи эерячснной повер;..-юсти или импульсом магнитного поля, ориентированного вдоль поверхности. Электриээционный разряд сопровождается генерацией пучка электронов с энергией близкой к потенциалу поверхности. ■

Возможность электризации диэлектрика и длительное время удержания заряда на поверхности, обращенной в вакуум, позволяет разработать оригинальные источники плазмы, в которых плазме может быть получено при отключенном внешнем источнике питания, в электрических полях осажденного заряда. Использование для зардцки барьерных разрядов, применение внешних электродов задаваемой формы позволяют получать электриэационные разряды, пов-торяюаще форму внешних электродов, и, таким образом, данные источники .могут использоваться для хранения и воспроизведения информации.. '

Приводится также описание оригинального устройства для получения однополярнкх импульсов магнитного поля с малым временем нарастания и пологим задним, фронтом - плазменной ловулки магнитного поток,?, разработанной на основе результатов, полученных' при исследовании условий формирования токовых слоев и элок-

тризации диэлектрической поверхности.

В заключении приведены основные рээультэты и вывода полученные в данной работе.

1. В граничных токовых слоях, формирующихся при сжатии быстро-нарастающим магнитным полем плазмы без магнитного поля, протекают диссипатиЕНые процессы, аналогичные диссипативным процессам в магнитозвуковых ударных волнах, для них наблюдаются близкие оф-фективные частоты столкновений, сравнимые относительные толщины фронтов, отношения дрейфовой скорости к скорости ионного звука, формируются также бесстолкновительные токовые слои (с толщиной меньше длины свободного пробега относительно парных кулоновских соударений) с противоположно направленными градиентами плазменного и магнитного давления, подобные магнитным поршням ударных волн и магнитопаузе.

Сравнение лабораторных результатов со спутниковыми данными, полученными при пролете магнитопаузы с северным направлением ММП, показывает, что в лаборатории наблюдается поршневая структура, аналогичная кваэифорраровскому слою мегнитопаузы, в токовом слое со сравнимыми электронной й ионной температурами. Токовые слои с характерной толщиной, определяемой колебаниями в замаг-ниченной плазме Д & ■ » в лабораторных усло-

виях не наблюдались из-ва недостаточного нагрева ионов и отсутствия условий для раскачки магнитных колебаний.

2. Квезиламинарный токовый слой оо сравнимыми электронной и ионной температурами формируется при воздейотвии быстронарьстаю-щего магнитного поля на разреженную плазму с малым начальным полем на начальной стадии сжатия. Параметра токового слоя: его скорость, пространственный раэмар переднего фронта, максимальные амплитуды в слое магнитного йоля и электрического потенциала связаны соотношениями, получаемыми для стационарного токового слоя Чегшена-Ферраро-Розенблюта с полным отражением потока плазмы. Налетающий и отраженный потоки'сохраняют гидродинамический характер течения * если скорость потоков превышает тепловую скорость ионов.

При увеличении начальной концентрации квазистационарний токовый слой, формирующийся в пристеночной облести, распадается -сжатие начинает носить нестационарный характер, впереди токового слоя распространяется опережающий магнитное возмущение поток плазмы. При сжатии эамагниченной плазмы магнитным полем встречной по отношению к начальному полю ориентации, в начальной стадии сжатия наблюдается формирование диффузной волны разрежения и токового слоя со свойствами, аналогичными свойствам граничного слоя в неззмагниченной плазме.

Анализ данных по ионному нагреву плазмы в индукционных разрядах и прямых разрядах в плазме с мультипольной конфигурацией начального поля позволяет предположить, что нагрев ионов в последнем случае осуществляется на стадии формирования токового слоя за счет динамического механизма. При реализации этого механизма в активных областях на Солнце, величина граничной энергии в спектре частиц, эмитированных вспышкой, является характеристикой локсльных условий в области ускорения протонов.

3. Разработаны для моделирования зарядки космических аппаратов. создания методов контроля зарядки аппаратов, способов снятия зарядки, легко реализуемые способ нанесения зарядов пучками электронов, вытягиваемых из плазмы барьерного разряда, и способ инициации снятия заряда. Сток заряда в виде олектрйзациониого разряда может быть инициирован увеличением давления вблизи диэлектрической поверхности или созданием магнитного поля с вектором напряженности» ориентированным вдоль поверхности.

Течение электризационного разряда сопровождается генерацией направленного электронного пучка с энергией, определяемой потенци-» алом заряженной поверхности, Стой заряда может протекать в квазистационарном и взрывном режимах. То« разряде, во взрывном режиме па порядок величины превышает ток квазистационариого режима. Генерация пучков электронов в электрйзаиионных разрядах должна, учитываться, как возможный источник вторичной зарядки аппаратов, но связанный с текущей космической обстановкой» Эти пучки могут также использоваться для диагностики поверхностного распределения потенциала не диэлектрических поверхностях космических аппаратов.

Разработаны оригинальные источники плазмы, в которых плазма может быть получена при отключенном вкеадвы источнике питания, в электрических полях осажденного заряда. Использование для зарядки бвръерных разрядов, применение ьнешних олентродов задаваемой формы позволяет получать блектризеционные разряды, повторяющие форму внешних электродов и, таким образом, данные источники могут использоваться для хранения и воспроизведения информации,

4. Разработана оригинальная плазменная ловушка магнитного потока для получения апериодических импульсов магнитного поля с крутым передним фронтом и медленным спадом.

Разработаны оригинальные СБЧ-Методики измерения концентрации и частоты столкновений электронов в плазме.

В приложении содержится описание экспериментального оборудования. Эксперименты проводились на установке типа тэта-пинч НУН-ФЕКИКСМ, ее модификации - плазменной ловушке магнитного потока (ПЛМП) и установке "МОДУЛЬ".

"УН-ФШИКС - установка типа тэта-пинч, предназначенная для ожаткя цилиндрического столба плазмы быстронэрастающим магнитным полем, представляет собой цилиндрическую вакуумную камеру (стекло, кверц) длиной 100 см, диаметром 16 см, толщиной стенки 3-5 мм, плотно охваченную э центральном сечении витком и шириной

создавалось при разряде конденсатора С1 через виток И Параметры разряда: период колебаний 7 ~ 1.8-2 мкс, время затухания колебаний ^-ЗАТ "" № Ыкс» максимальная амплитуда поля Н20 ^ 1^00 - 1300 0,

Предварительная плазма (водородная или гелиевая) зажигелясь с помощью безэлектродного индукционного разряде. Квазистэциинар-ное магнитное поле Н^ ~ 0 - 1200 Э, Т4 " I мо пробочной конфигурации (пробочное отношение ~ 1.2, неоднородность в области возбуждающего витка на оси на более 3%, вблизи стенки вакуумной камеры - 12-15/0 создавалось при разряде конденсатора, на много-витковую катушку.

Плазменная ловушка магнитного потока (ПЛМП), предназначен-

30 см.

т

нэп для-получения однополярных импульсов магнитного поля,, отличалась от обычного .тэта-пинча устройством вакуумной камеры, В ПЛ1>1П плпзма сжималась- одкополярным импульсом магнитного поля с-временем нарастания 1-фр ~ 500 не и,временем спада ~ 8-10 мкс. Для создания предварительной плазмы в рабочем объеме, квазистационарного и быстрснерастающего магнитных полей использовались соответствующие системы установки. "УН-ФЕНЖС". ■

В работе проводились измерения магнитного, поля (зонде?.:и с открытой петлей), олектрического потенциала (плавающими электрическими зондами),.ионной функция распределения (анализатором энергии нейтральных частиц перезарядки), электронной концентрэ.-ции (с помощью микроволновых интерферометров и волноводных зондов).

Контроль начальной концентрации производился при каждом срабатывании -установки. Начальная температура электронов определялась по измерению ослабления СВЧ волны, проходившей через плазму. Измерения производились при двух фиксированных расстояниях мезду приемной и передающими антеннами, с исключением влияния амплитудных эффектов, не связанных со столкновениями.

Установка для исследования плазменнопучковых процессов вблизи поверхности предварительно зеряженной диэлектрической поверхности "МОДУЛЬ" состояла из вакуумного металлического объема (диаметр 50 см, длина 50 см), в котором размещалась круглел ( с!и ~ 3 см) диэлектрическая мишень, окантованная заземленным металлическим кольцом. Зарядка этой мишени производилась двумя способами: электронами, вытягиваемыми из плазмы барьерного разряда или пучком электронов, формируемом с помощью подвижной электронной пушки (энергия электронов ** 30 -

- 50 кзВ).

Для оптических наблюдений объем был снабжен стеклянными иллюминаторами с внутренней заземленной металлизированной поверхностью (коэффициент прозрачности 0.5-0.8)'для стока посторонних зарядов.

Инициирование разряда на поверхности предварительно заряженной в барьерном разряде или пучком электронов мишени производилось инжекцией газа в объем по истечении времени ^ 20 -

- 60 сек. после окончания цикла зарядки.

В части экспериментов использовалась мишень в виде отрезка кварцевой трубы диаметром 16 сы, длиной 25 см и толщиной стенки 0.3 - О.Ь см, которая одновременно являлась вакуумным объемом. Безмасляный вакуум ( Р»тчп 5 Ю Тор) достигался с помощью турбомолекулярного насоса.

Инициаиия разряда производилась инжекцией газа или наложением магнитного поля, параллельного поверхности камеры.

При измерениях использовались емкостные зонды, анализатор энергии электронов, токовые коллекторы. Регистрация излучения видимого диапазона осуществлялась с помощью фотоэлектронных умножителей и электроннооптических преобразователей.

Основные результаты опубликованы в работах:

1. Кошилев H.A., Строкин H.A., Шишко A.A. Плазменная ловулша магнитного потоке.//Письма в ЖГФ,-1978,-Т.4,-вып.4.-с.223--225.

2. Koehtlev N»A. , mkhalev A.V. . Strokin N.A., Shl&hko A.A. Application of th» «agnatic flu* Blasai* trap to genarvtion of current fthaattt in я rarefied plasaa.//J.de Phye.,-1979, -vol.40,-coll.tli-*Upp1.au п7,—p.C7-B07-C7-S08.

3. A.C. № 12501Б8 (СССР), Способ получения плазмы и устройство для его осуществления,/Коротеев В,И., Кошилев H.A., Михалез A.B., Шишке A.A. Опубл. в Открытия и изобретения,-1988,-№ 18, -с.262.

4. A.C. № I306I65 (СССР). Способ получения плазмы./Коротеяв В.И., Кошилев H.A., Шишко Л.А, Опубл. в Открытия и изобретения, -1Э89,-№ 39.-c.28I.

5. Алтынцев A.Î., Кошилев H.A., Красов В.И., Масалов В.Л., Парфенов О.Г., ШишКо A.A. Сверхальфаеновская волна разрежения в плазме.//Письма в ЖЭТФ,~Т.18,~вып.7,-с.397-400.

6. Кошилев Н.А,, Масалов В.Л,, Строкин H.A., Шишко A.A. Исследование взаимодейотвия магнитного поршня с плазмой.//Физика пла змы1980,-Т.6,-вып.2,-с.264-270.

7. А.С, № I0253I8 (СССР). Устройство для получения плазмы в системе типа тата-пинч./Кошилев H.A., Михалев A.B., Строкин H.A., Шишко A.A. Опубл. в Открытия и изобретения,-1963,-S> 23, -с.270.

9, Kosbilnv N.A. . mtihalsv A,V. , BtroUln N.A. . Bhlehko A.A. Tho Initial etegn of breakdown in a one-turn sal»noid.//tni Proc. 16 Int. Conf. Phenomime Ionia. Вдвет.Duseeldorf. -1903,-p.138-137.

9. Кошилев H.A., Шишко А.А. Формирование и эволюция токовых слоев в тэта-пинче.//Физика. плазмы,-1990,-T.I6,-вып.3,-с.345--360.

10. Моселов В.Л., Шишко А.А. 0 применении СВЧ-методов для контроля начальных параметров плазмы в тата-пинче.//Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Неука, -I960,-вып.54,-с.98-108.

11. Koshilev N.A.. Shlshka A.A. A comoarative analyst a of turbulent current eheete.//Im Proc. 19 Int.Conf. Phenomena

in Ion. (Заздга. B«1 qrnda,-19Я9,-vol. 1 ,-p.66-67.

12. Koohilev N.A., Bhlehko A,A. Formation of a proton spectrum in sour flaressi Preprihtr BlblZlilR 14-84, Irkutsk,-1704«

В p.