Рассмотрены особенности экспериментальной работы плазменного релятивистского СВЧ-генератора (ПРГ) Sinus 550-80 при разных значениях концентрации плазмы. Рассмотрены два значения концентрации плазмы, при которых центральные частоты выходного СВЧ-излучения ПРГ были равны 5.1 ГГц и 11.5 ГГц. Численное моделирование демонстрирует снижение концентрации электронов плазмы в результате действия заряда релятивистского электронного пучка (РЭП) при черенковском взаимодействии и возникновение “ионного фона” в течение импульса ПРГ. При низких концентрациях плазмы это может приводить к изменению условий СВЧ-генерации – сопровождаться не только изменением широкополосного излучения на узкополосное, но и снижением мощности излучения. В то же время при больших значениях концентрации плазмы при генерации СВЧ-излучении на высоких частотах средняя амплитуда электрического поля волны практически не меняется в течение импульса РЭП, а излучение остается широкополосным. Анализ результатов экспериментов и численного моделирования подкреплен оценками линейной теории, доказывающей, что при более высоких значениях концентрации плазмы ПРГ работает более устойчиво.
Квазистатическое приближение является эффективным методом моделирования плазменного кильватерного ускорения, но оно становится неточным, если в сильнонелинейной волне отдельные частицы плазмы смещаются на большое расстояние в продольном направлении, если в плазме есть волны с ненулевой групповой скоростью или резкие градиенты плотности, или если форма пучка быстро меняется. Работа посвящена расширению квазистатического приближения, лишенному многих его ограничений и сохраняющему его основные преимущества – скорость вычислений и пониженную размерность расчетной области. В новом подходе учитывается обмен информацией между соседними слоями плазмы. В работе сформулирована физическая модель и описана ее численная реализация. Результаты моделирования сравниваются с существующими аналитическими решениями и другими кодами.
Представлена одномерная газодинамическая модель, позволяющая установить необходимые условия возникновения и характеристики стационарного течения сжимаемой сплошной среды с нелинейной теплопроводностью, примером которой является полностью или частично ионизированная плазма, при наличии локализованного источника тепла заданной мощности.
Обсуждаются механизмы генерации частотных спектров аномального рассеяния в неплотной плазме при СВЧ-нагреве необыкновенной волной на второй гармонике резонанса. Разработанная теория применяется для интерпретации результатов экспериментов по электронному циклотронному резонансном нагреву (ЭЦРН) плазмы на стеллараторе Wendelstein 7-X, в которых наблюдались как стоксовая, так и антистоксовая частотные полосы, смещенные вниз и вверх относительно частоты генератора. Приводится объяснение парадоксального превышения амплитуды антистоксовой компоненты спектра над амплитудой стоксовой компоненты в ряде экспериментов.
Создан симулятор кинетики рециклинга изотопов водорода в плазме для Н-альфа диагностики топливного соотношения в токамаке-реакторе. Симулятор является обобщением на случай смеси изотопов метода, являющегося модификацией для водорода известного метода SXB для определения плотности потока примеси с первой стенки вакуумной камеры в плазму по измерению интенсивности спектральной линии атома или иона, интегральной по длине волны в пределах ширины линии. Симулятор позволяет в режиме реального времени (например, за время 100 мс по требованиям контроля параметров изотопов водорода в демонстрационном токамаке-реакторе ИТЭР) определять параметры топливного соотношения для смеси изотопов водорода дейтерия и трития. Развитый подход позволяет определять плотность потока изотопов водорода с первой стенки в плазму по результатам спектроскопии высокого разрешения линий бальмеровской серии без использования существенных, но трудно интерпретируемых молекулярных спектров водорода. Проведенные расчеты для типичных условий пристеночной плазмы в токамаках-реакторах показали приемлемую точность восстановления плотности потока и топливного отношения в некоторой части операционного пространства работы реактора. Обсуждается место симулятора в более точной и более длительной интерпретации измерений Н-альфа диагностики.
Исследованы плазменно-пылевые образования с жидкими частицами (микрокаплями). В ходе исследования были проанализированы способы получения микрокапель жидкости в вакууме, а также изготовлен лабораторный стенд для изучения жидкостных плазменно-пылевых образований. Произведено наблюдение и фотофиксация данного явления.
Приведен краткий обзор исследований по пылевой плазме над поверхностью Луны, выполненных за последнее время в Институте космических исследований РАН. Исследования связаны с будущими миссиями “Луна-25” и “Луна-27”, в рамках которых будут исследоваться свойства пыли и пылевой плазмы над лунной поверхностью. Рассмотрены проблемы формирования пылевой плазмы над освещенной частью Луны, в области лунного терминатора, влияния магнитных полей на окололунную пылевую плазму, влияния на результаты измерений посадочного модуля космического аппарата. Сформулированы нерешенные проблемы, касающиеся изучения окололунной пылевой плазмы.
Предложен и реализован метод управления размером пылевых частиц при вариации электронной температуры посредством добавления в разряд малой доли примеси газа с низким потенциалом ионизации. Показано, что при использовании максимально разнящихся по массе инертных газов Не и Хе, размер отобранных пылевых частиц отличается вдвое. Выполнены численные оценки среднего размера отобранной частицы на основе баланса сил, действующих на пылевую частицу, с учетом влияния примеси на заряд частиц и скорость потока ионов. Метод настройки пылевой ловушки на размер удерживаемых частиц, работает в интервале порядка 1–10 мкм.
В учебном пособии приведены сведения по изучению теории курса «Деятельность подрядной организации» и выполнению практических работ обучающимися. Определяются порядок работ, содержание и описание результатов анализа, обобщений, заключений, которые осуществляются в рамках данных работ. Приведенная методика может быть использована при подготовке выпускной квалификационной работы, дипломного проекта, магистерской диссертации.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство
Представлены результаты экспериментального определения размера пылевых частиц меламин-формальдегида при длительном нахождении в плазменно-пылевой ловушке в тлеющем разряде в аргоне. Показано, что диаметр частиц с исходным размером 7.3 мкм за время 30 мин сокращается до 3.5 мкм, соответственно частицы теряют почти 90% массы. Обнаружены три стадии деградации частиц во времени. В стадии максимальной скорости уменьшения размера частицы теряют 20 пг/ мин. Проведено сравнение полученных данных с имеющимися измерениями для разряда в неоне. Установлено, что скорость уменьшения размера частиц зависит от массы плазмоформирующего газа. В аргоне и криптоне деградация частиц одинаковых исходных размеров при идентичных параметрах разряда происходит быстрее, чем в неоне. При этом время начала интенсивной потери массы сильнее зависит от размера частиц, чем от сорта газа. Проведено сопоставление данных с имеющейся физической моделью деградации частиц, предложены рекомендации для длительных экспериментов с частицами меламин-формальдегида.