МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Некоторые особенности и различия токовых слоев, формируемых в 2D и 3D магнитных конфигурациях
Харлачев Д.Е., Кирий Н.П., Франк А.Г.
Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва Е-mail: harlachdanila@gmail. com
Эксперименты, проводимые в лаборатории, помогают в изучении и понимании физики космической плазмы, при этом без существенных трудностей, которые имеются при использовании космических аппаратов. Лабораторные эксперименты проводятся в хорошо контролируемых условиях с применением современных методов диагностики плазмы, позволяют моделировать и изучать такие явления, как солнечные и звёздные вспышки, суббури в магнитосфере Земли и других планет, неустойчивости срыва в плазме токомаков. Эти явления связаны с токовыми слоями в плазме и магнитным пересоединением в них [1]. Токовые слои, формируемые в двумерной и трёхмерной магнитных конфигурациях, существенно отличаются между собой. В реальных объектах в космосе и в установках для создания и удержания плазмы магнитные поля, как правило, являются трехмерными (3D). В частности, такие эксперименты по изучению динамики токовых слоев и магнитного пересоединения проводятся в ИОФ РАН при помощи установки
Рис. 1. Схема экспериментальной установки ТС-3D (ИОФ РАН).
Была изучена динамика нейтральной компоненты плазмы токового слоя, сформированного в 2D и 3D магнитных
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-116-118
TC-3D [2].
v
j-Th JL
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
18-20 октября 2022 г
конфигурациях, при разряде в гелии. Измерены уширения спектральной линии атомов гелия I 5876 А, излучаемой плазмой токового слоя, сформированного в 2D и 3D магнитных конфигурациях. С помощью отработаннной методики были определены температура и энергия направленного движения атомов гелия, и получены зависимости этих величин от времени, представленные на рис. 2, что позволило изучить некоторые различия в токовых слоях, сформированных в разных магнитных конфигурациях. Там же показаны зависимости плотности электронов в центре токового слоя = ОД и на краях слоя = ОД, полученные в работе [3].
Рис. 2. Эволюция во времени температуры Та и энергии направленного движения атомов гелия Wх, а также концентрации электронов в центральной области токового слоя и на его краях Условия эксперимента: JZmax = 45 кА, h = 0.5 кГс/см; р = 320 мТорр, (а) В2 = 0; (б) В2 = 2.9 кГс.
Таким образом, было обнаружено, что в 2D магнитной конфигурации уширение линии Не I 5876 А, измеренное в х-направлении, больше уширения той же линии в 2-направлении в ~7 раз. В трехмерной магнитной конфигурации разница между уширениями ~1.2 раза. В 2D магнитной конфигурации энергия направленного движения атомов гелия в процессе эволюции токового слоя быстро увеличивается и к моменту времени t ~ 3.2 мкс достигает величины Wx ~ 480 ± 120 эВ, что в 20 раз превосходит температуру атомов гелия в этот же момент времени, Та ~ 20 ± 2 эВ. При формировании токового слоя в трехмерной магнитной конфигурации направленного движения атомов гелия не наблюдается.
SoVbTv™ ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
1. Syrovatskii S.I. Annu. Rev. Astron. Astrophys, 1981, 19, 163-229.
2. Франк А.Г. УФН, 2010, 180, 982-988.
3. Кирий Н.П., Франк А.Г. Физика плазмы, 2022. В печати.