Техника - молодёжи 1991-12, страница 9
данном случае в плазме и магнитные силы, удерживающие ионы (так же, как в токамаках)? Правда, магнитное поле может возникнуть, только если в плазме протекает ток: А ток — это упорядоченное движение электронов. В лазерной же плазме они, в принципе, должны двигаться хаотически, а зцачит, и суммарный ток как будто бы равен нулю. Но не создает ли здесь упорядоченности лазерный луч? Ответ мог дать только эксперимент. Чтобы измерить гипотетическое поле, пришлось преодолеть массу технических трудностей, связанных с очень малыми размерами лазерной звезды и ничтожным временем ее существования. Причем следовало ожидать, что даже за это время поле может меняться и по направлению, и по величине Нужные измерения удалось провести, используя известный эффект. Если вдоль силовых линий магнитного поля распространяется поляризованное излучение, плоскость его поляризации поворачивается. Измерив этот поворот, а также зная плотность плазмы, можно найти и величину поля. Ученые сконструировали специальный че-тырехканальный поляриметр. Компьютерная обработка данных одновременно с четырех каналов позволяла определить не только величину, но и направление магнитных сил. И поле действительно нашлось, да какое! Его магнитная индукция была огромной — около 2 млн. Гс, что на несколько порядков превышает все достигнутое в современной технике. А форма оказалась тороидальной, напоминающей бублик, осью которого служил сам лазерный луч. Поле подобной конфигурации должно создаваться сильными замкнутыми токами, охватывающими поверхность тороида. Как же возникают такие токи в хаотическом облаке плазмы? Напомним, что при неупорядоченном движении свободные электроны ведут себя подобно обычному газу. Поэтому можно говорить об их температуре (зависящей от скоростей движения электронов), давлении, плотности и т.п. В центре мишени значения указанных параметров, конечно, максимальны, а к ее периферии уменьшаются (р и с. 1). В нашем опыте мишень «протыкается» лазерным лучом строго по центру. Тогда суммарное действие внутреннего электронного давления и внешнего давления луча заставляет электроны какое-то время двигаться вдоль его оси, а затем равномер но растекаться от нее во все стороны. Но уйти далеко они не могут, поскольку при их удалении от центра срабатывает возвращающее электрическое поле. Поэтому электроны вновь со всех сторон стекаются к лучу по наружным траекториям, описывая замкнутые петли (рис. 2). В результате устанавливается тороидальный вихрь этих частиц — своего рода конвекция электронного газа, «горячего» на внутренней поверхности тороида й более «холодного» на периферии. Этот упорядоченный циркулирующий ток возбуждается лазерной электродвижущей силой (ЭДС), которая прямо пропорциональна температуре электронного газа и плотности энергии в лазерном луче. Итак, обе компоненты плазмы находятся в постоянном, но совершенно различном движении: ионы стремятся улететь по радиусам от центра, электроны образуют замкнутые токи. Они-то и порождают магнитное поле, тормозящее разлет ионной компоненты, то есть самого вещества мишени. Короче говоря, в лазерной звезде при наличии одного луча включается крошечный, почти микронный токамак с колоссальным магнитным полем для удержания плазмы. При импульсной мощности лазера 1—10 МДж напряженность этого по- Рис. 3. Конфигурация магнитного поля при возбуждении импульсного тока в .пал-лическом кольце за счет лазерной ЭДС. Рп— направления магнитных моментов электронов. Рис. 1. Уменьшение плотности электронного газа (Pq) от центра к периферии лазерной мишени. Рис. 2. Образование тороидального электронного вихря в облаке плазмы под действием лазерного луча. ах> СХЕМА ТОКА ЭЛЕКТРОНОВ лазерный ЛУЧ ток ЭЛЕКТРОНОВ — Рис. 4. Механизм возбуждения лазерной ЭДС в зазоре кольца. ля достигает 10 тыс. Тл (наполним, что в мощнейших современн < токамаках со сверхпроводящими обмотками она не превышает 5—7 Тл). Поняв механизм появления лазерной ЭДС, ученые решили проверить: можно ли использовать ее для создания тока не в плазме, а в произвольной внешней цепи, в каком-ли-бо проводнике? Для эксперимента взяли металлическое кольцо с внутренним и внешним радиусами соответственно 0,5 и 1,4 мм, которое имело небольшой разрез. На один из торцов разреза направили лазерный импульс длительностью порядка миллионных долей секунды. И прибор (все тот же четырехка-нальный интерферометр) зарегистрировал вблизи кольца всплеск магнитного поля величиной около 1 млн. Гс, то есть напряженностью несколько тыс. Тл (рис. 3). Несложный расчет показал, что такое поле соответствует току в кольце 50 тыс. А! ЭДС в зазоре кольца, как и в лазерной плазме, возникает по аналогичным причинам: электроны, выбитые лучом с «горячего» торца зазора, переходят на «холодный» (р и с. 4), отчего и возбуждается импульс тока. Важно то, что здесь требуются именно малые размеры кольца. Почему? Прежде всего, оно должно иметь очень малую индуктивность. Как известно, этот параметр характеризует «инертность» электрической цепи. Ведь по закону Ленца при любом изменении тока в проводнике возникает магнитное поле, препятствующее такому изменению. И чем быстрее меняется ток, тем 7 |
