Словарь (стр. 22 )

В отличие от ускорителей заряжен­ных ч-ц, в канале П. у. находятся од­новременно ч-цы с зарядами обоих знаков — положит. ионы и эл-ны, т. е. не нарушается квазинейтраль­ность плазмы. Это снимает ограниче­ния, связанные с пространственным зарядом (см. также Ленгмюра форму­ла), и позволяет, напр., получать квазистационарные (т. е. длитель­ностью 10 -2—10-3 с) плазменные потоки с эфф. током ионов порядка млн. А при энергии ч-ц ~100 эВ.

Рис. 1. Принципиальная схема плазменного ускорителя.

Механизм ускорения. При анализе рабочего процесса в П. у. плазму мож­но рассматривать и как сплошную сре­ду, и как совокупность ч-ц (ионов и эл-нов). В рамках первого подхода ускорение плазмы обусловлено пере­падом полного (ионного и электрон­ного) давления р=рi+ре и действием силы Ампера fамп (см. Ампера закон), возникающей при вз-ствии токов, те­кущих в плазме с магн. полем famп ~[jB], где, j— плотность тока в плаз­ме, В — индукция магн. поля.

В рамках второго подхода ускоре­ние ионов объясняется: 1) действием электрич. поля E, существующего в плазменном объёме; 2) столкновения­ми направленного потока эл-нов с ио­нами («электронного ветра»); 3) столк­новениями ионов с ионами, благодаря к-рым энергия хаотич. движения ио­нов переходит в направленную (тепло­вое или газодинамич. ускорение ионов). Наибольшее значение для П. у. имеет электрич. ускорение ионов, мень­шее — два последних механизма.

у. Они делятся на т е п л о в ы е и э л е к т р о м а г н и т н ы е в зависимости от то­го, преобладает ли в процессе ускоре­ния перепад полного давления р или сила Ампера.

Среди тепловых ГГ. у. осн. интерес представляют н е и з о т е р м и ч е с к и е ускорители, в к-рых pe>>pi. Конструктивно стационарный неизотермич. П. у. представляет собой «магн. сопло», в к-ром либо путём инжекции быстрых эл-нов, либо путём электронного циклотронного резонанса создают плазму с «горячими» эл-нами (Те~107—109 К или в энергетич. еди­ницах: kTe~103—105 эВ). Эл-ны, стре­мясь покинуть камеру, создают объём­ные заряды (без нарушения квазинейт­ральности!), электрич. поле к-рых «вы­тягивает» (ускоряет) ионы, сообщая им энергию порядка kTe.

Электромагн. П. у. подразделяются по характеру подвода энергии к плаз­ме на 3 класса: а) радиационные ускорители, в к-рых ускорение плазменного потока происходит за счёт давления электромагн. волны, па­дающей на плазменный сгусток (рис. 2, а); б) и н д у к ц и о н н ы е ускорители — импульсные системы, в к-рых внешнее нарастающее магн. по­ле В индуцирует ток j в плазменном кольце (рис. 2, б). Вз-ствие этого тока с радиальной составляющей внеш. магн. поля создаёт силу Ампера, к-рая и ускоряет плазменное кольцо;

Рис. 2. а — схема радиац. плазменного ус­корителя: КМП — катушки магн. поля; В— волновод; Л — плазменный сгусток; ЭВ — электромагн. волна; б — схема индукц. плаз­менного ускорителя: В — магн. поле; ПК— плазменное кольцо; ИК — индукционная катушка.

в) электродные П. у., в к-рых существует непосредственный контакт ускоряемой плазмы с электродами, подключёнными к источнику напряже­ния. Наиболее изученными и много­численными явл. электродные П. у., к-рые ниже рассмотрены подробнее.

П. у. с собственным магн. полем.

И м п у л ь с н ы е э л е к т р о д н ы е П. у. (п у ш к и). у. был «рельсотрон» (рис. 3, а), питаемый конденсаторной батареей.

Рис. 3. а — схема рельсотрона; б — схема коаксиального импульсного плазменного ус­корителя. Быстродействующий клапан БК подаёт газ в зазор между внутренним ВЭ и наружным НЭ электродами (ДВ — диэлектрич. вставка между электродами).

Плазменный сгусток создаётся либо при пропускании большого тока через тонкую проволоку, натянутую между массивными электродами — рельсами Р, к-рая при этом испаряется и иони­зуется, либо за счёт ионизации газа, впрыскиваемого в межэлектродный промежуток через спец. клапан. При разряде на ток в плазменной перемычке П (достигающий десятков и сотен кА) действует собств. магн. поле электрич. контура, в результате чего за время

541

~1 мкс и происходит ускорение сгуст­ка. Позднее импульсным ускорителям был придан вид коаксиальной системы (рис. 3, б). у. нашли широкое применение и позволяют получать сгустки со скоростями до 108 см/с и общим числом ч-ц до 1020.

С т а ц и о н а р н ы е с и л ь н о т о ч н ы е т о р ц е в ы е П. у. В принципе коаксиальный П. у. мож­но сделать стационарным (работающим в непрерывном режиме), если непре­рывно подавать в зазор между электро­дами рабочее в-во (ионизуемый газ). Однако вследствие Холла эффекта более эффективной оказывается «тор­цевая» схема с коротким катодом, че­рез к-рый одновременно подаётся ра­бочее в-во. Ускорение плазмы в «тор­цевом» П. у. происходит также за счёт силы Ампера. Если при постоян­ной подаче рабочего в-ва непрерывно увеличивать разрядный ток Iр, то сначала скорость истечения плазмы и кпд ускорителя будут расти. Однако при нек-ром значении Iр происходит вынос большой части разрядного тока за срез ускорителя, напряжение резко возрастает, падает кпд, в ускорителе возникают колебания. Наступает т. н. критич. режим. Его физ. причиной явл., по-видимому, пинч-эффект, в результате к-рого плазменный шнур отрывается от анода.

На нормально работающих торце­вых П. у. с собств. магн. полем при разрядных токах ок. 104 А удаётся получать стационарные потоки плазмы со скоростями 50 км/с. Описанный тор­цевой П. у. становится неработоспо­собным не только при больших, но и при малых разрядных токах Iр. По­скольку сила Ампера пропорциональна Iр, при Iр<1000 А её роль в реаль­ных условиях становится меньше, чем газокинетич. давление, и торцевой П. у. превращается в обычный плазмо­трон.

Рис. 4. Схема торцевого магнптоплазменного ускорителя: ДВ— диэлектрич. вставка; КМП — катушка магн. поля; РВ — рабо­чее вещество.

Чтобы увеличить эффективность торцевого П. у. при малых мощностях, в рабочем канале создают внеш. магн. поле (рис. 4). у. наз. торцевым холловским ускорите­лем, или м а г н и т о-п л а з м е н н ы м ускорителем. Он позволяет по­лучать потоки плазмы со скоростями в десятки км/с при мощности ≥S10 кВт. Замечат. особенность торцевых П. у.— способность создавать по­токи ч-ц с энергией, в неск. раз превос­ходящей приложенную разность по­тенциалов. Это объясняется увлечени­ем ионов электронным потоком, иду­щим из катода («электронным вет­ром»).

П. у. с внешним магнитным полем. Если требуется получать стационар­ные потоки малой мощности (≥100 Вт) или потоки ч-ц с большими скоростя­ми (≥108см/с), особенно удобными ока­зываются т. н. П. у. «с з а м к н у т ы м д р е й ф о м», один из видов к-рых схематически изображён на