Взаимодействие мощного потока водородной плазмы со сверхзвуковой газовой струей и вольфрамовой мишенью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Приведены результаты исследования взаимодействия мощного потока водородной плазмы со сверхзвуковой газовой струей перед вольфрамовой мишенью. Азот или неон, инжектированные перед поверхностью мишени, служат надежным способом защиты от прямого воздействия водородной плазмы на вольфрам. Экспериментально показано, что образующаяся плазма газовой струи является мощным источником коротковолнового линейчатого излучения. Плотность поглощаемой вольфрамовой мишенью энергии ≈ 25 Дж/см2 оказывается вдвое меньше энергии, поглощаемой вольфрамом при импульсном воздействии потока водородной плазмы без газовой струи ≈ 50 Дж/см2. Максимально достигаемая поверхностью вольфрама температура составляет ≈ 3700 К с применением газовой струи и ≈ 5800 К – без газовой струи. Наличие газовой струи-завесы перед вольфрамом приводит к локализации испаренного вольфрама вблизи мишени на расстояниях до 1 см от поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Д. Лиджигоряев

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”; НИУ “Московский физико-технический институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: sandji@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва; Москва

Д. А. Бурмистров

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”; НИУ “Московский энергетический институт”

Email: sandji@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва; Москва

В. В. Гаврилов

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”

Email: vvgavril@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва

В. А. Костюшин

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”

Email: sandji@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва

И. М. Позняк

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”; НИУ “Московский физико-технический институт”

Email: sandji@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва; Москва

А. В. Пушина

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”; НИУ “Московский физико-технический институт”

Email: sandji@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва; Москва

Д. А. Топорков

Государственный научный центр РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”; НИУ “Московский физико-технический институт”

Email: toporkov@triniti.ru
Россия, Троицк, Москва; Москва

Список литературы

  1. Toporkov D.A., Burmistrov D.A., Gavrilov V.V., Zhitlukhin A.M., Kostyushin V.A., Lidzhigoryaev S.D., Pushina A.V., Pikuz S. A., Ryazantsev S.N., Skobelev I.Yu. // Plasma Phys. Rep. 2023. V. 49. P. 1000.
  2. Skovorodin D.I., Pshenov A.A., Arakcheev A.S., Eksaeva E.A., Marenkov E.D., Krasheninnikov S.I. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 022501.
  3. Kostyushin V.A., Poznyak I.M., Toporkov D.A., Burmistrov D.A., Zhuravlev K.V., Lidzhigoryaev S. D., Usmanov R.R., Tsybenko V. Yu., Nemchinov V.S. // Instruments Experimental Techniques. 2023. V. 66. P. 920.
  4. Житлухин А.М., Илюшин И.В., Сафронов В.М., Скворцов Ю.В. // Физика плазмы. 1982. Т. 8. С. 509.
  5. Лиджигоряев С.Д., Бурмистров Д.А., Гаврилов В.В., Костюшин В.А., Позняк И.М., Пушина А.В., Топорков Д.А. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2023. Т. 46. С. 63.
  6. Архипов Н.И., Васенин С.Г., Житлухин А.М., Половцев Н.А., Сафронов В.М., Топорков Д.А. // Приборы и техника эксперимента. 1998. № 1. С. 128.
  7. Волков Г.С., Лахтюшко Н.И., Терентьев О.В. // Приборы и техника эксперимента. 2010. № 5. С. 115.
  8. Prism Computational Sciences. Software tools for scientific research and commercial applications in the physical sciences and engineering. http://www.prism-cs.com
  9. Mutzke A., Bandelow G., Schneider R. // J. Nuclear Materials. 2015. V. 467. P. 413.
  10. Mikhailov V.S., Babenko P.Yu., Shergin A.P., Zinoviev A.N. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50. P. 23.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментов на установке МК-200: 1 – импульсный плазменный ускоритель, 2 – катушки магнитного поля, 3 – магнитные зонды, 4 – катушки Гельмгольца, 5 – вольфрамовая мишень, 6 – плазменный поток, 7 – импульсный газовый клапан, 8 – газовая струя, 9 – мишенная плазма.

Скачать (23KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема регистрации излучения плазмы с помощью радиационного фольгового болометра.

Скачать (19KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема пирометра: 1 – диафрагма, 2 – светоделительные пластины, 3 – светофильтры, 4 – фотодиоды, 5 – усилители сигналов фотодиодов.

Скачать (16KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема взаимного расположения плазменного потока, газовой завесы, вольфрамовой мишени и диагностических средств: вид сбоку (а), вид сверху (б): 1 – плазменный поток, 2 – соленоиды, 3 – магнитные зонды, 4 – вольфрамовая мишень, 5 – газовый клапан, 6 – газовая завеса, 7 – мишенная плазма, 8 – система патрубков, 9 – линза, 10 – пирометр, 11 – МКП-камера/спектрограф, 12 – болометр.

Скачать (22KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Динамика взаимодействия водородного плазменного потока с азотной газовой струей и вольфрамовой мишенью. t = 0 – момент подачи высокого напряжения на электроды ускорителя.

Скачать (47KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектр излучения примишенной плазмы с использованием азотной газовой завесы. Время начала кадра 18 мкс от пуска ускорителя. Экспозиция кадра 2 мкс. Указаны расстояния от поверхности мишени, для которых проведено сканирование спектров.

Скачать (32KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Динамика взаимодействия водородного плазменного потока с неоновой газовой завесой и вольфрамовой мишенью. t = 0 – момент подачи высокого напряжения на электроды ускорителя.

Скачать (50KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектр излучения примишенной плазмы с использованием неоновой газовой завесы. Время начала кадра 18 мкс от пуска ускорителя. Экспозиция кадра 2 мкс. Указаны расстояния от поверхности мишени, для которых проведено сканирование спектров.

Скачать (30KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Динамика взаимодействия водородного плазменного потока с вольфрамовой мишенью без газовой завесы. t = 0 – момент подачи высокого напряжения на электроды ускорителя.

Скачать (43KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Спектр излучения примишенной плазмы вольфрама без использования газовой завесы. Время начала кадра 18 мкс от пуска ускорителя. Экспозиция кадра 2 мкс. Сканирование спектра проведено для расстояния 20 мм от поверхности мишени.

Скачать (22KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Динамика температуры поверхности облучаемой мишени. t = 0 – момент подачи высокого напряжения на электроды ускорителя.

Скачать (27KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Динамика полной энергии (а) и мощности (б) излучения азотной плазмы 1, неоновой плазмы 2 при воздействии водородного плазменного потока на вольфрамовую мишень с газовой завесой и вольфрамовой плазмы в отсутствии завесы (3). t = 0 – момент подачи высокого напряжения на электроды ускорителя.

Скачать (48KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Распределение плотности поглощенной мишенью энергии в экспериментах: азотная завеса (а); неоновая завеса (б); без газовой завесы (в).

Скачать (28KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024