CC BY
2_ . SSKnS^lilS; ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
^ВКА -nPOXOMMCKMi НЕДЕЛИ-
Модернизация установки TC-3DM Харлачёв Д.Е., Нугаев И.Р.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: harlachdanila@gmail. com
DOI: 10.24412/cl-35673-2023-1-140-142
В соответствии с современными взглядами, различные вспышечные явления, такие как вспышки на Солнце и звездах, суббури в магнитосферах Земли и других планет, неустойчивости срыва в плазме токамаков ассоциируются с развитием токовых слоев в замагниченной плазме [1, 2]. Динамика токовых слоев и процессы магнитного пересоединения активно исследуются в последние десятилетия, включая методы экспериментальной физики [3-10]. Важность таких исследований определяется возможностью моделирования различных нестационарных астрофизических явлений в лабораторных условиях.
Рис. 1. Общий вид установки TC-3DM.
Модернизированная установка ТС-3DM (рис. 1) в отделе физики плазмы ИОФ РАН позволяет создавать токовые слои в различных экспериментальных условиях. Установка ТС-3DМ состоит из 4 основных систем, включая системы создания магнитных полей, начальной плазмы и возбуждения электрического тока в плазме. Двумерное квадрупольное поле с нулевой линией, ориентированной вдоль оси установки, создается при разряде батареи конденсаторов на прямые проводники, расположенные вдоль образующей поверхности вакуумной камеры ^=100 см, R=9 см). Емкость батареи С=2,3 мФ, запасаемая энергия W=74 кДж, полупериод разрядного тока Т/2=400 мкс, амплитуда 1—70 кА, градиент квадрупольного
24-26 октября 2023 г.
магнитного поля меняется в пределах h«0,43-0,64 кГс/см. Продольное магнитное поле создается при помощи 6 одинаковых катушек, оси которых совпадают с нулевой линией квадрупольного магнитного поля. Каждая катушка радиусом 15 см имеет 16 витков, индуктивность катушек « 100 мкГн, амплитуда тока в катушках «100 кА, величина создаваемого поля «6,0 кГс, полупериод T/2=2,9 мс.
Сначала камера откачивается до ~10-6 Торр, затем заполняется рабочим газом через игольчатый натекатель. Начальная плазма создается с помощью тета-разряда с сильной предварительной ионизацией, которая производится с помощью четырех искровых инжекторов (U=5-6 кВ). Тета-разряд представляет собой систему витков, расположенных вокруг камеры, на которые разряжается малоиндуктивный конденсатор (C=3,75 мкФ, U«40 кВ).
Для возбуждения в плазме электрического тока в вакуумную камеру с торцов, на расстоянии ~60 см, введены два сетчатых электрода, на которые подается импульсное напряжение от батареи малоиндуктивных конденсаторов (C 7,4 мкФ, U«20 кВ). Электрический ток (Jmax 45 - 70 кА, T/2 6 мкс) инициирует 2D течения плазмы, что приводит к формированию токового слоя и сжатию плазмы в слой.
Система откачки вакуумной камеры включает форвакуумный и диффузионный насосы, азотную ловушку и систему водяного охлаждения.
Измерительная аппаратура состоит из поясов Роговского, измеряющих электротехнические параметры установки; системы магнитных зондов; осциллографов Tektronix, монохроматоров ДФС- 24 и МДР-3, цифровой камеры Nanogate-1UF для спектральных измерений; и компьютера для записи данных._
Рис. 2. Интегральные фотографии плазмы, зарегистрированные с торца установки (а) z-пинч, (б) плазменные слои.
Модернизация заключалась в обновлении систем магнитных полей, электрического поля и тета-разряда, а также диагностических
_. й;0„мь™"чТны; физика плазмы и плазменные технологии
^ВКА -прохороаскиш недели-
систем. В 2023 году после модернизации установки ТС-3DМ был получен плазменный слой в воздухе при давлении 7*10-2 Торр (рис. 2). В дальнейшем планируется формирование токового слоя в аргоне и неоне.
1. Syrovatskii S.I. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1981. 19. 163.
2. Кадомцев Б.Б. УФН. 1987. 151. 3.
3. Франк А.Г. УФН. 2010. 180(9). 982.
4. Франк А.Г., Гавриленко В.П., Кирий Н.П., Островская Г.В. ЭНТП. - М.: Янус, 2008. Серия Б. Т. III-2. С. 335.
5. Богданов С.Ю., Дрейден Г.В., Марков В.С. и др. Физика плазмы. 2006. 32. 1121.
6. Кирий Н.П., Марков В.С., Франк А.Г. Письма в ЖЭТФ. 2012. 95. 14.
7. Zelenyi L.M., Frank A.G., Artemyev A.V., et al. Plasma Phys. Controlled Fusion. 2016. 58. 054002.
8. Frank A G., Kyrie N.P. Plasma Phys. Reports. 2017. 43. 696.
9. Frank A.G., Kyrie N.P., Satunin S.N., Savinov S.A. Universe. 2021. 7(11). 400.
10. Харлачёв Д.Е., Кирий Н.П. Сборник научных статей VI Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем» Радиоинфоком-2022. Москва 2022. С.266.
