Техника - молодёжи 1982-05, страница 40

оси Z, но все же значительно увеличить его длину не удавалось, и подводимая мощность ограничивалась 15 кВт. Поэтому мы стали увеличивать длину волны. Построили в три раза большую установку, в которой СВЧ-колебания имели длину волны 55 см. Подводимая к разряду мощность стала порядка 40 кВт, длина шнура и его диаметр также возросли раза в три, а температура электронов в плазме достигала 7 млн. градусов. Чтобы еще больше поднять мощность, подводимую к шнуру, не увеличивая размеров установки, мы думали применить магнитоакустические колебания, которые к тому же способствуют эффективному нагреву ионов в плазме. С учетом этого для нагрева ионов в плазме до термоядерной температуры проектировался специальный реактор. Но выяснилось, что установка такого типа будет слишком сложной. Поэтому возникла идея попробовать увеличить подвод мощности к шнуру, не увеличивая длины волны, то есть вернувшись к размерам исходной установки. Основная трудность заключалась в том, что надо было сконструировать резонатор, в котором обеспечена осевая устойчивость разряда с длиной порядка Х/2 и больше. Эту задачу удалось решить, сделав рабочую часть резонатора запредельной для принятой волны. При этом подвод мощности осуществили не как обычно, с одного конца шнура, а с его середины, как показано на рисунке 2.

тельных трудностей, когда отсут- Если продолжить идти этим путем

Т\ ~

Рис. 2. Схема установни с одио-щелевым резонатором

Здесь основной колебательной системой является резонатор (1) с зазором между двумя коаксиальными цилиндрами. Длина собственных колебаний такой системы приближенно равна длине волны в свободном пространстве. Шнуровой разряд образуется внутри цилиндра (2), диаметр которого 2А является запредельным для этой длины волны (2А<0,76Х). Связь его объема с основной колебательной системой осуществляется через коаксиальный щелевой зазор (3). Колебания, проникающие . через этот зазор в запредельную область, экспоненциально ослабевают вдоль оси Z. Для приближенного описания колебательных процессов в такой системе можно использовать метод функции Лагранжа. Расчет полей в ней не представляет эначи-

ствует шнуровой разряд или когда он мал. Но когда возникает длинный проводящий шнур, который облегчает проникновение колебаний в.запредельную область, то расчеты устойчивости такой системы являются сложной задачей.

Мы принимаем, что для устойчивости работы данной колебательной системы нужно, чтобы энергия колебания в коаксиальной части (1) была значительно выше, чем в области, где находится разряд. Поэтому мы стремимся делать объем резонатора как можно больше. Осуществленная на практике такая система оказалась весьма эффективной. Мощность, подводимую в шнур, удалось увеличить примерно на порядок, то есть до значений более 100 кВт, Разряд был удлинен в три раза, диаметр его доведен до 5 см при давлении дейтерия 7—8 ата. Электронная температура превосходила 5 10⁷К.

В результате стало ясно, что возможно и дальше увеличивать размеры и мощность шнуровых разрядов без увеличения длины волны

далее и изготовить резонатор в виде тора, как это показано на рисунке 4, можно создать замкнутый шнуровой разряд. Но эта система требует больших масштабов, лежащих вне наших возможностей

Важное место в описываемых исследованиях занимала разработка методов диагностики плазмы. Использованная для этого аппаратура содержит ряд оригинальных элементов, разработанных сотрудниками ИФП. Измерения дали нам полную уверенность в том, что действительно получена исключительно высокая температура электронов, достигающая многих миллионов градусов, и Что она физически существует в хорошо ограниченной шнуровой области. Природу этого скачка температуры мы объясняем существованием двойного электрического слоя, от которого отражаются электроны без потери тепловой энергии. Это объяснение совпадает с тем, которое еще давно дал Ленгмюр для аналогичного скачка температуры в газоразрядной трубке высокого давления, где двойной слой образуется на границе диэлектрика, позволяя поднять

Рис. 3. Схема установки с двух-щелевым резонатором.

за счет увеличения числа коаксиальных зазоров. Бели они, как на рисунке 3, находятся друг от друга на расстоянии свободной длины волны, то электрическое поле во внутреннем цилиндре будет сохранять свой знак, и разряд сможет расти в длину. Такая двухщелевая система была нами испробована.

Рис. 4. Схема установки с многощелевым тороидальным резонатором.

Рис. 5. Распределение температур электронов (Т_е) и ионов (Т_{) в поперечном сечении плазменного шнура.

температуру электронов до десятка тысяч градусов. Мы принимаем, что аналогичный ленгмюровскому двойной электрический слой образуется благодаря скачку в плотности шнурового разряда. На рисунке 5 этот слой находится между радиусами а и Ь. Существование двойного слоя теперь установлено достаточно надежно. Как известно, энергия от СВЧчполя сообщается электронам, находящимся в так называемом скин-слое, который у нас практически совпадает с двойным слоем. Благодаря высокой теплопроводности электронов их температура Т_е имеет внутри плазмы малый градиент, и мы принимаем, что за пределами скин-поля, в области от г — 0 до г = Ь, Т_е — постоянная величина, как это отме

36