Физическая энциклопедия ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС
ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС
нестационарный сгусток плотной, высокотемпературной дейтериевой плазмы, служащий локализованным источником нейтронов и жёстких излучений. П. ф. образуется в области кумуляции токовой оболочки на оси газоразрядной камеры в случае т. н. нецилиндрич. сжатия z-пинча. При пинч-эффекте создание, нагрев и термоизоляция плазменного столба происходят за счёт текущего через плазму тока него собств. магн. поля. Попытки поднять нейтронную эмиссию z-пинча путём увеличения мощности установок оказались неудачными: попадающие в плазму со стенок камеры примесные атомы увеличивали потери на излучение, возникающие пристеночные пробои шунтировали ток через плазменный столб, а развивающиеся неустойчивости, в частности «перетяжки» (неодновременное сжатие пинча по высоте), разрушали плазменный шнур как целое. Изменения геометрии разрядной камеры, предпринятые впервые в кон. 50-х гг. в СССР, а затем в США, должны были помочь преодолеть осн. недостатки линейных пинчей. На рис. показаны схемы разрядных камер, предназначенных для получения П. ф.: а — с использованием геометрии коаксиального ускорителя (США); б — с плоской геометрией электродов (СССР). Здесь корпус камеры служит катодом (2); введённый через изолятор (3) внутренний электрод — анодом (1). Камера заполняется дейтерием, и через газ осуществляется разряд мощной конденсаторной батареи. Характерная величина тока =106 А. Оказалось, что при такой геометрии камеры токовая оболочка имеет криволинейную (нецилиндрич.) форму. Под давлением магн. поля образующаяся у изолятора токовая оболочка движется сначала наружу, к боковым стенкам каморы, и вверх, затем токовый слой приобретает форму воронки со сжимающейся к оси горловиной (перетяжкой), скользящей по поверхности анода. Сжатие перетяжки сопровождается частичным вытеканием в-ва вдоль оси. В результате выброса массы на ограниченном по высоте участке пинча удаётся резко повысить степень сжатия по радиусу, что увеличивает концентрацию энергии в единице объёма плазмы. Локализованная в зоне сжатия плазма объёмом в неск. мм3 имеет плотность 1018—1020 см-3 при температуре (5—6) •107 К и времени жизни =10-7 с. процессы, происходящие в зоне П. ф., сложны и разнообразны. Это, в частности, развитие макро- и микронеустойчивостей, генерация мощных (до 1011—1012 Вт) электронных и ионных пучков, нейтронных потоков (до 2•1012 н/имп) и эл.-магн. излучения «т радиоволн до жёсткого рентгеновского. Установки с П. ф. могут использоваться в плазменных исследованиях, как источники нейтронов и жёстких излучений для решения ряда научно-технич. задач: материаловедч. и бланкетных испытаний для управляемого термоядерного синтеза; импульсного активационного анализа короткоживущих изотопов; нейтронной терапии; накачки лазерных сред; изучения высокоионизованных ионов; вз-ствия мощных пучков с плазмой и т. д.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС
- нестационарныйсгусток плотной высокотемпературной дейтериевой плазмы, являющийся локализов. <источником нейтронов и жёстких излучений; так же называют и электроразряднуюустановку, в к-рой получается эта плазма. П. ф. относится к разряду пинчей(см. Пиич-эффект); образуется в области кумуляции токовой оболочкина оси газоразрядной камеры спец. конструкции, вследствие чего, в отличиеот z -пинча, приобретает нецилиндрическую (обычно воронкообразную)форму. Благодаря этому удаётся резко повысить плотность энергии в плазме(эффект фокусировки) и стимулировать ряд процессов, приводящих к генерациимощных импульсов жёстких излучений [1]. В 90-е гг. термоядерный кпд П. <ф. достигает 0,1% от энергии, запасённой в источнике питания (в пересчётена дейтерий-тритиевую смесь), мощность нейтронного излучения ~1021 н/с, жёсткого и мягкого рентг. излучения ~1010 Дж/с и 1011 Дж/с соответственно. Малые размеры излучающей области (0,01 - 3 см), относит. <компактность и дешевизна конструкции делают этот источник одним из наиб. <перспективных. Рис. 1. Схема плазменного фокуса: слева- с плоскими электродами; справа - с цилиндрическими электродами. УВ -ударная волна; ТПО - токово-плазменная оболочка. Режим с одним сжатием. В этом режиме послеподачи напряжения на анод (~20 - 40 кВ) происходит пробой рабочего газапо поверхности изолятора, на к-рой по мере нарастания разрядного тока формируетсятоково-плазменная оболочка (ТПО), имеющая волокнистую структуру. Затемэта оболочка отрывается от изолятора, волокна её смыкаются и, ускоряясьдо скоростей ~(2 - 3) х 107 см/с и толкая перед собой ударнуюволну, она сгребает газ (плазму) к центру камеры. При этом форма оболочкистановится воронкообразной, что приводит к частичному вытеканию плазмывдоль оси. В результате выброса массы на ограниченном по высоте участкепинча удаётся резко повысить степень сжатия по радиусу, что увеличиваетконцентрацию энергии в единице объёма плазмы. При плоском сжатии плотностьповышается примерно в 4 раза, в цилиндрич. камере с учётом отражения ударнойволны - в 33 раза, а при вытекании вещества вдоль оси плотность повышаетсяв 103 раз (с учётом снижения энтропии). Размеры камеры и индуктивностьвнеш. цепи выбирают такими, чтобы момент макс. сжатия плазмы вблизи осиz совпал с моментом макс. значения тока. При этом ТПО так сжимается, чтоотношение её нач. радиуса к конечному достигает величины 103.В момент макс. сжатия излучается небольшой импульс нейтронного и рентг. <излучений. Темп-pa плазмы при этом равна ~5 х 106 К (0,5 кэВ).Нек-рое время (~10-7 с) удерживается прямой ппнч (рис. 2, а),а затем на его поверхности начинает развиваться неустойчивость Ролея -Тейлора. Однако обычно в режиме с одним сжатием раньше образования неустойчивостипроисходит обрыв тока, сопровождающийся резким увеличением напряжения напинче (в 10 - 100 раз) вследствие быстрого увеличения аномального сопротивленияплазмы в области скин-слоя за счёт микротурбулентности. Разорвавшаяся частьпинча становится плазменным диодом, на к-ром происходит ускорение электроновк аноду и ионов к катоду до энергий ~105 - 106 эВ. <Когда происходит обрыв тока, то скорость электронов достигает ~109 см/с, вместо электрпч. тока через пинч идёт ускоренный поток электронов, <к-рый самофокусируется внутри плазмы пинча. В фокальной зоне вблизи анодаон испытывает аномальное поглощение, порождая мощную ударную волну, к-рая, <проходя через пинч, нагревает его до темп-ры ~(2 - 3) х 107 К (2 - 3 кэВ) и даёт мощную вспышку нейтронного излучения. Рис. 2. Обскурограмма пинча в плазменномфокусе: а - в режиме с одним сжатием; б - в режиме с двумясжатиями. Режим с двумя сжатиями. По мереутолщения напылённой на анод плёнки металла с насыщенным в ней газом установкаавтоматически переходит в режим с двумя сжатиями. Последовательность процессовта же, однако обрыв тока происходит позже, когда неустойчивость Рэлея -Тейлора уже успела развиться. При этом в цплиндрич. камерах часто второесжатие наблюдается в виде неск. перетяжек, тогда как в камере с плоскимиэлектродами на заключит. стадии может образоваться снова прямой пинч тойже высоты, но меньшего диаметра и большей плотности (рис. 2, б). Заключит. <стадия П. ф. в этом режиме полностью идентична соответствующему процессурежима с одним сжатием. В этом режиме наблюдаются две начальные сравнительномалоинтенсивные вспышки нейтронного и рентг. излучений, а в осн. вспышкеих интенсивность возрастает в неск. раз вследствие достижения более высокихплотностей тока, магн. поля и плазмы. Проникновение магн. поля в плазмуначинается вблизи анода, где напылённая на его поверхность за предыдущиеразряды плёнка оказывается легкораспыляемой. Лит.:1) Бурцев В. А., Грибков В. <А., Филиппова Т. И., Высокотемпературные пинчевые образования, в кн.: Итогинауки и техники. Сер. Физика плазмы, т. 2, М., 1981; 2) Петров Д. П. идр., Мощный импульсный газовый разряд в камерах с проводящими стенками, <в сб.: Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций, т. 4,М., 1958; 3) Мathеr J. W., Formation of the high-density deuterium plasmafocus, "Phys. Fluids", 1965, v. 8, p. 366; 4) Shearer J., Contraction ofz-pinches actuated by radiation losses, там же, 1976, v. 19, p. 1426; 5)Gribkоv V., Feasibility study for developing ahybrid reactor, based onthe DPP - device, "Atomkernеnergie. Kerntechnik", 1980, Bd 36, № 3, p.167. В. А. Грибов. Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988. Оригинал статьи 'ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС' на сайте Словари и Энциклопедии на Академике Турнавигатор |