УСТАНОВКА ЭЛМИ – МАЗЕР НА ЛЕНТОЧНОМ РЭП

Щеглов М.А., Аржанников А.В., Бобылев В.Б., Бурмасов В.С., Койдан В.С., Кузнецов С.А., Ли О.А., Николаев В.С., Попов С.С., Синицкий С.Л., Степанов В.Д., Филлипов В.В.

Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия

    В ИЯФ СО РАН ведутся исследования направленные на создание сверхмощного мазера 4-х миллиметрового диапазона на основе ленточного РЭП [1]. Эксперименты по этой тематике исследований проводились до недавнего времени на ускорителе У-2 [2]. В настоящее время этот ускоритель используется в экспериментах по нагреву плазмы в установке ГОЛ-3-II [3]. Для продолжения и развития исследований по генерации миллиметрового излучения по схеме мазера на свободных электронов на базе ускорителя У-3 [4] создана установка ЭЛМИ (Электронный Ленточный пучок для генерации Миллиметрового Излучения). Описанию этой установки и посвящено данное сообщение.
     Электронный пучок, генерируемый в ускорителе У-3, имеет характерные параметры Е_кин~1МэВ, I~10 кА, t ~10 мкс, которые вполне адекватны задаче генерации миллиметрового излучения. Следует особо подчеркнуть возможность поддержания напряжения на диоде ускорителя на неизменном уровне в течение нескольких микросекунд, что важно для достижения устойчивой работы мазера. Ускорительный диод с ленточной конфигурацией, в отличие от экспериментов на ускорителе У-2, позволит плавно варьировать ход силовых линий магнитного поля с тем, чтобы достичь малой угловой расходимости электронов пучка. Щелевой вакуумный канал с ведущим магнитным полем, которое имеет ондуляторную составляющую, перенесен с ускорителя У-2. С этой же установки взят комплекс диагностик миллиметрового излучения и параметров пучка. Дополнительно к этому на установке ЭЛМИ создан диагностический комплекс, позволяющий проводить исследование, направленные на получение ленточного РЭП с предельно малым угловым разбросом (менее одного градуса). Комплекс включает в себя СО₂-лазер с энергией в импульсе на длине волны 10.6мкм около 10Дж с длительностью ~100 нс, оптическую систему для ввода лазерного излучения в вакуумную камеру и передачи рассеянного излучения в пультовую, где осуществляется его спектральный анализ. Связь спектров рассеяния с угловым разбросом электронов пучка рассчитана на компьютере [5].

    Литература.
   1. Arzhannikov A.V., Bobylev V.B., Sinitsky S.L., et al. Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Research, A358 (1995), p.112.
   2. Agafonov M.A., Arzhannikov A.V., Ginzburg N.S., et al. 11th Intern. Pulsed Power Conf. Final Prog. and Abst., Baltimore, USA, 1997, p.31.
   3.  Agafonov M.A,. Arzhannikov A.V., Astrelin V.T., et al. Plasma Physics and Contr. Fusion, 1996, 38, A93.
   4.  Karyukin A.V., Lebedev S.V., Shcheglov et al. Proc. of 9-th Intern. Conf. on High-Power Particle Beams. Washington, DC, 1992, v.2, p.1015.
   5. Аржанников А.В, Бурмасов В.С, Кузнецов С.А, Синицкий С.Л. 9-е Совещание по диагностике высокотемпературной плазмы. С-Петербург, июнь 1997. Тез. докл., с. 49.

 ИССЛЕДОВАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ.

Симончик Л.В., Архипенко В.И., Згировский С.М., Капаник А.К.

Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси, Минск, Беларусь.

    Самостоятельные тлеющие разряды существуют исключительно при низких и средних давлениях в диапазоне токов 100 мкА - 1 А [1]. В данной работе исследуется самостоятельный тлеющий разряд при атмосферном давлении в гелии – плазменный источник Киселевского [2]. Впервые удалось получить вольт-амперную характеристику, которая является возрастающей при увеличении тока до 15 А, при этом напряжение на разрядном промежутке изменяется от 180 до 270 В.
    С помощью лазерного интерферометра измерено распределение газовой температуры в разрядном промежутке. По пространственным распределениям интенсивностей линий гелия и водорода определена структура и характерные размеры  катодной области тлеющего разряда. Получено пространственное распределение концентрации электронов в положительном столбе и в области отрицательного свечения.
    Установлено, что в прикатодной области линии водорода и отдельные гелия уширяются. С помощью спектрополяризационных измерений контуров линии водорода H_b  получено распределение напряженности как постоянной, так и переменной низкочастотной составляющих электрического поля в прикатодной области тлеющего разряда атмосферного давления в гелии. Величина напряженности электрического поля макcимальна на оси разряда (50–60 кВ/см), на краю катодного свечения поле спадает до 10-15 кВ/см.
    Как в токе разряда, так и в свечении обнаружены низкочастотные колебания с частотой ~ 0,8 МГц. Корреляционными методами установлено, что фаза световых колебаний меняется вдоль разрядного промежутка.
    Представлен механизм самосогласованной неравновесной  ионизации  катодного слоя разряда, связанный с метастабильными атомами инертных газов и  приводящий к установлению нормальной плотности тока, которая определяет устойчивость катодного слоя и всего разряда при атмосферном давлении в инертных газах.

   1.  Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М., Наука, 1987.
   2.  Л.И.Киселевский и др.Письма в ЖТФ, 9 №22 (1983)

ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА УСТАНОВКЕ  У-2 C МАЗЕРОМ НА ЛЕНТОЧНЫМ РЭП

Синицкий С.Л., Агарин Н.В., Аржанников А.В., Бурдаков А.В.,Заболотский А.Ю.,  Кузнецов С.А., Иваненко В.Г., Поступаев В.В.,Степанов В.Д

Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия

    В ИЯФ СО РАН на ускорителе У-2 в экспериментах с малым ленточным пучком (ток пучка до 5 кА) в течение ряда лет велись исследования по генерации миллиметрового излучения по схеме мазера на свободных электронах [1-3]. В этих экспериментах  использовался магнитный ондулятор, поперечная компонента поля в котором была фиксирована на уровне 1кГс, что существенно ограничивало возможности оптимизации условий для генерации излучения в ходе проведения опытов. Другой проблемой в проведении опытов на ускорителе У-2 было возможное влияние на параметры генерируемого излучения процессов образования плазмы в щелевом вакуумном канале, где происходит накачка излучения ленточным РЭП, а также на выпускном фторопластовом окне, через которое миллиметровое излучение выводится в атмосферу. В связи с указанными недостатками в постановке экспериментов, в этом году на установке У-2 была проведена замена пассивного ондулятора на активный, а также осуществлено присоединение к выходу щелевого канала большого вакуумного объема, в котором можно измерять параметры излучения непосредственно в вакууме без прохождения его через разделительное окно.
    В представляемом докладе сообщаются результаты опытов по пропусканию ленточного пучка через щелевой вакуумный канал с брэгговским резонатором (см. [2-3])   в условиях, когда активный ондулятор позволял варьировать в широких пределах продольную и поперечную компоненты ведущего для пучка магнитного поля независимо друг от друга.  Поскольку в данной серии  экспериментов к выходу канала, где происходила накачка пучком излучения, был присоединен большой вакуумный объем, и отсутствовало фторопластовое разделительное окно, то это позволило не только регистрировать миллиметровое излучение непосредственно в вакууме, но и вести фотографирование с помощью цифровой фотокамеры тех областей в канале, где возникает интенсивное свечение обусловленное возникновением плазмы.

    Литература.
   1. Arzhannikov A.V.,  Sinitsky S.L.,  M.V.Yushkov.  Twelfth Inter. Free Electron Laser Conf. Paris,  France, 1990, Program and Abstr.,  p.105.
   2. Arzhannikov A.V., Bobylev V.B., Sinitsky S.L., et al. Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Research, A358 (1995), p.112.
   3. Agafonov M.A., Arzhannikov A.V., Ginzburg N.S., et al. 11th Intern. Pulsed Power Conf. Final Prog. and Abst., Baltimore, USA, 1997, p.31.

ДИНАМИКА  ФОРМИРОВАНИЯ  МИКРО - ПЛАЗМЕННОГО ФОКУСА  И ГЕНЕРАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ НИЗКОВОЛЬТНЫХ ВАКУУМНЫХ РАЗРЯДАХ

Скворцов В.А.

НИЦ ТИВ ОИВТ РАН и МГТУ “Станкин”,  г.Москва, Россия

    Как было впервые предсказано и продемонстрировано в вычислительных экспериментах [1-4], в лзазерно-индуцированных вакумных разрядах возможна генерация рентгеновского излучения при сравнительно малых прикладываемых напряжениях.  Важно подчеркнуть, что рассматриваемое  излучение происходит не от горячей лазерной плазмы, которая быстро остывает после прекращения действия пикосекундного лазерного импульса, а именно из плазмы вакуумного разряда (на его искровой и дуговой стадиях). Впоследствии это было подтверждено в натурных физических экспериментах (см., доклад Н.И. Фогель на этой же конференции).
    В данной работе сообщаются новые результаты компьютерного моделирования по динамике перехода вещества в экстремальные состояния и формирования микро-плазменного фокуса, которые сопровождаются генерацией рентгеновского излучения, при низковольтных вакуумных разрядах (U=100-200 В). Генерация мягкого рентгеновского  излучения обусловлена развитием перегревной неустойчивости на нелинейной стадии эволюции катодного факела, после генерации “стреляющих солитонов” [1-4].  Жесткое рентгеновское излучение может быть инициировано  в результате процесса плазменно - эрозионного размыкания у поверхности анода (так же как и в плазменном фокусе Н.В. Филиппова [5]), когда в микрообъеме плазменного факела электрический потенциал подскакивает на короткое время (десятки и сотни пикосекунд) до высоких значений (десятки киловольт и выше [2]).

    Литература
   1.Skvortsov V.A.,Vogel N.I.// Proc. International  Conference  on Physics of Strongly Coupled Plasmas. Binz. Sept.11-15, 1995.  pp. 343-350.
   2.Skvortsov V.A., Vogel  N.I.// Proceedings  of  the  11-th International  Conference  on High  Power  Particle  Beams.  Prague, 1996, Vol.1,  pp. 513-517.
   3.Skvortsov V.A., Vogel N.I.// Proc.XXIV Zvenigorodskoi Conf. on  Plasma Physics and Confinement  Fusion. Zvenigorod. 1997,p.196.
   4.Vogel N., Skvortsov V.// Proc. XVII-th  ISDEIV. Berkeley, 1996,  Vol.1, pp. 89-98 (IEEE Trans.on PS, 1997,Vol.25,  No.4,  pp.553-563).
   5. Филиппов Н.В. // Физика плазмы. 1983, Т.9 , стр. 25-43.

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЧЕРЕНКОВСКИЙ ПЛАЗМЕННЫЙ СВЧ-ГЕНЕРАТОР МИКРОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА.

П.С.Стрелков, О.Т.Лоза, И.Е.Иванов

Институт общей физики АН, Москва, Россия.

    Существует несколько причин, приводящих к срыву СВЧ-генерации в приборах вакуумной релятивистской СВЧ-электроники при мощности излучения ~100 МВт и длительностях импульса превышающих 100 нс. Оказалось, что в вакуумных черенковских релятивистских СВЧ-генераторах наиболее трудным оказалось преодолеть поверхностный СВЧ-пробой на стенках электродинамической структуры. В отличие от вакуумных черенковских СВЧ-генераторов, ведущее магнитное поле в плазменном СВЧ-генераторе параллельно стенке металлического волновода, а электрическое поле волны перпендикулярно магнитному. Эти два условия затрудняют поверхностный пробой. Кроме того, напряженность поля на стенке волновода может быть мала, по сравнению с полем в области взаимодействия с РЭП. Последнее условие трудно реализовать в вакуумных черенковских СВЧ-генераторах. Приводятся результаты первых экспериментов на релятивистском плазменном СВЧ-генераторе: максимальная мощность — 40 МВт, длительность импульса — 800 нс, энергия в импульсе ~ 21 Дж, длина волны ~ 3 см.

КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЙ ДУГОВОЙ ГЕНЕРАТОР ВОДОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ

Н.В.Ступишин, В.И.Давыденко, П.П.Дейчули, А.А.Иванов, В.В.Колмогоров, В.В.Мишагин

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера, Новосибирск, Россия

    В настоящее время в ИЯФ СО РАН накоплен большой опыт по созданию импульсных дуговых плазменных генераторов [1]. В источниках этого типа дуговой газовый разряд горит между холодным катодом и анодом в канале, состоящем из набора медных шайб, изолированых друг от друга керамическими шайбами. Благодаря высокой плотности дугового тока, плазменная струя содержит до 95% протонов, при этом газовая эффективность дуговых источников близка к 100%. Для повышения выхода плазмы из источника вблизи анода создается продольное магнитное поле около 1 кГс. Однако, до сих пор длительность импульса в дуговых источниках плазмы не превышала 0.5 сек. Вместе с тем, создание стационарного однородного плазменного эмиттера с низким содержанием примесей на основе дугового генератора открывает интересные возможности. На крупных термоядерных установках характерное время эксперимента исчисляется секундами и десятками секунд. Поэтому одно из перспективных приложений квазистационарного дугового генератора плазмы – использование его в качестве эмиттера ионов для мощного многосекундного инжектора атомов для диагностики термоядерной плазмы. Кроме того, квазистационарный многоамперный плазменный источник может использоваться в различных плазменных технологиях.
    В работе описан квазистационарный дуговой генератор водородной плазмы и приведены параметры потока плазмы, измереннные в тестовых экспериментах.
    Основное отличие квазистационарного источника от его импульсных аналогов заключается в интенсивном водяном охлаждении электродов и шайб дугового канала. В серии тестовых экспериментов дуговой генератор работал в режиме 2 сек. импульсов (более 100 имп.). Не замечено каких-либо изменений параметров источника в отдельных импульсах длительностью до 10 сек.
    Для получения однородного профиля плотности потока плазмы в плоскости эмиттера была использована мультипольная периферийная магнитная стенка, состоящая из 16 постоянных магнитов Nd-Fe-B длиной 80 мм и сечением 9х12 мм. Измерения показали, что в плоскости эмиттера на расстоянии 130 мм от анода при дуговом токе 250 А и магнитном поле вблизи анода около 0.5 кГс плотность потока плазмы по данным сеточного зонда составляет 100 mA/см². Полный выход плазмы из источника равнялся 11 экв.А. Полезный ток эмиттера в круге диаметром 65 мм составлял 4 А при однородности по сечению ±8%.
    При токах дуги 150 – 350 А и магнитном поле в анодной области до 1 кГс плотность потока плазмы в плоскости эмиттера менялась от 12 до 200 mA/см². Изменение плотности потока плазмы в импульсе не превышали ±5%, что вполне удовлетворительно для предполагаемых приложений эмиттера. При изменении дугового тока от 150 А до 350 А, напряжение разряда менялось от 54 до 80 В соответственно.
     Питание разряда осуществляется от инвертора 5 кГц, P_max=50 кВт, через понижающий разделительный трансформатор после выпрямления и фильтрации. Трансформатор обеспечивает изоляцию на предполагаемое ускоряющее напряжение инжектора 50 кВ. Стабилизация дугового тока поддерживается с помощью обратных связей по току первичной обмотки разделительного трансформатора.

    Литература
   1. Yu.I. Belchenko, V.I. Davidenko, G.I. Dimov, et. at., Rev. Sci. Instrum. 61 (1990) 378.

ПОНДЕРОМОТОРНОЕ НАСЫЩЕНИЕ РЕЗОНАНСОВ НА МАГНИТНЫХ СИЛОВЫХ ЛИНИЯХ В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

Тихончук В.Т., *Ранкин Р., *Фруз П., *Самсон Дж.

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Москва, Россия
*Кафедра физики, Университет Альберты, Эдмонтон, Канада

    Стоячие  альфвеновские волны на резонансных магнитных силовых линиях имеют дискретный спектр диапазоне частот 1 - 4 мГц. Они могут переносить значительный ток (до нескольких мкА/м²) и являются источником значительного падения потенциала (до нескольких кВ) на верхней границе полярной ионосферы. Недавние наблюдения оптического свечения полярных дуг с поверхности Земли и со спутников указывают на тонкую структуру полярных дуг, что согласуется с моделью резонансного возбуждения стоячих альфвеновских волн и их нелинейного насыщения.
    В докладе будет представлена модель пондеромоторного насыщения альфвеновской волны в дипольной геометриии магнитного поля. В отличие от более простой модели магнитосферы с прямыми силовыми линиями магнитного поля,  в  дипольной  модели альфвеновская волна возбуждает широкий спектр медленных магнитозвуковых колебаний, благодаря которым нарушаются фазовые соотношения между альфвеновской волной и возбуждающим  ее источником. Получены выражения для нелинейного сдвига частоты   альфвеновской   волны  и  определено  характерное  время  ее нелинейного насыщения. Оценки характерных радиальных масштабов и времени  насыщения  альфвеновского  резонанса  согласуются  с  данными наблюдений.
    В упрощенной геометрии магнитосферы с прямыми силовыми линиями магнитного  поля  рассмотрено влияние дисперсии  альфвеновских волн благодаря электронной инерции и электронному тепловому давлению на нелинейное насыщение резонансов на магнитных силовых  линиях. Показано, что в плазме с малым бета, b < m_e/m_i, результате параметрической распадной неустойчивости альфвеновских волн возбуждается широкий спектр вторичных волн, которые  имеют значительную составляющую параллельного электрического поля и могут приводить к ускорению частиц. В плаэме с большим бета происходит формирование альфвеновских солитонов, которые выносят энергию из области резонанса.

Влияние эмиссионных свойств поверхности на устойчивость дебаевских слоев при плазменно-поверхностном взаимодействии.

Визгалов И.В., Кирнев Г.С., Курнаев В.А., Сарычев Д.В., Тельковский В.Г.

 Московский инженерно-физический институт, Москва, РФ

    Повышенная вторичная электронная эмиссия с поверхности диэлектрических пленок, коэффициент эмиссии которых может значительно превышать коэффициент с чистой поверхности, может приводить к аномальным вольт-амперным характеристикам (ВАХ) приемных пластин [1]. Такая аномальность проявляется в наличии на ионной ветви зондовых характеристик N-образного участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При определенных условиях взаимодействие плазменных потоков с обращенными к плазме материальными поверхностями с повышенной эмиссией может приводит к развитию неустойчивости в приповерхностном плазменном слое. Так в имитационных экспериментах на установке ПР-2 с пучково-плазменным разрядом (ППР) в линейном магнитном поле и с использованием приемных пластин, на поверхности которых возможен рост диэлектрических слоев - оксидных пленок на Al (заменяющем Be) и W материалах и алмазоподобных на графите - наблюдались возбуждение колебаний электрического потенциала приемных пластин и генерация поверхностных токов, замкнутых через плазму [2].
    Измерение вольт-амперных характеристик проводилось и в периферийной плазме токамака Т-10, где в качестве приемных пластин использовались поверхности ленгмюровских вольфрамовых зондов. Зонды были расположены в 20 см от кольцевой диафрагмы (r=30см) в тороидальном направлении и имелась возможность их перемещения по малому радиусу тора. Обнаружено, что при перемещении зондов в тени диафрагмы в направлении от плазменного шнура происходит трансформация зондовых характеристик и начиная с расстояния ~5 см от края диафрагмы на зондовых характеристиках проявляются N-образные участки. Т.к. основным источником распыляемого материала является графитовая кольцевая диафрагма, то в данном случае повышенной эмиссией, вероятнее всего, обладают графитосодержащие диэлектрические пленки на поверхностях зондов, скорость осаждения которых превышает скорость распыления.
    Таким образом, проведенные эксперименты показали, что в условиях ТЯУ происходит формирование поверхностей с различной эмиссионной способностью и при определенных условиях [2] возможно развитие плазменно-поверхностной неустойчивости.

   1. Vizgalov IV et al., 22 Conf. on Contr. Fusion and Plasma Phys., Bornemouth, 1995, v.III, p.285.
   2. Vizgalov IV et al., 23 Conf. on Contr. Fusion and Plasma Phys., Kiev, 1996, v.II, p..

РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОМ ФОТОНА ЗА СЧЕТ ОБРАТНОТОРМОЗНОГО ЭФФЕКТА

Зайцев Д.В., Захаров Н.С., Кротов А.В.

Центральный физико-технический институт МО РФ, Сергиев Посад-7, Россия

    Известна задача оценки сечения рассеяния электрона в присутствии внешнего монохроматического поля за счет столкновительного механизма поглощения [1,2]. При этом движение электрона описывается квантово-механическим образом, а электромагнитное поле рассматривается классически.
    В случае, когда поле представляет собой ультракороткий импульс, длительности от нескольких периодов поля и менее, классическое рассмотрение поля не позволяет провести корректное описание взаимодействия излучения такого вида с плазмой. Возникает необходимость в привлечении методов квантовой электродинамики.
    Квантовоэлектродинамический подход позволяет провести расчет сечения тормозного излучения электрона на ядре [3]. Однако расчет сечения обратного процесса - обратнотормозного поглощения в явном виде в работе [3] и в ряде других по данной тематике не представлен.
    В работе проведен расчет сечения поглощения электроном фотона за счет обратнотормозного эффекта на основе методов квантовой электродинамики. Данный подход позволяет учесть сечение поглощения в зависимости от угла между импульсами взаимодействующих электрона и фотона, а также угла рассеяния электрона. Получено выражение для коэффициента поглощения излучения и проведена оценка среднего числа поглощенных фотонов в одном акте столкновения в случае мощного импульса излучения.

    Литература
   1. Бункин Ф.В., Казаков А.Е., Федоров М.В. УФН. 1972. Т. 107. С.559.
   2. Rroll N.M., Watson K.M. Phys. Rev. A. 1973. V.8. P.804.
   3. Берестецкий В.Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Квантовая электродинамика. М.: Наука. 1989. С.439.

ОБ УСТОЙЧИВОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СОСТОЯНИЙ СВЧ РАЗРЯДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Звонков А.В., Тимофеев А.В.

ИЯС РНЦ Курчатовский Институт, Москва, Россия

    Газовые разряды представляют собой типичный пример открытых систем,  характерной особенностью которых является проток энергии. В СВЧ разряды ввод энергии осуществляется посредством электромагнитных волн. При давлении газа порядка атмосферного основными каналами энергопотерь являются теплопроводность и конвекция. Предположение об определяющей роли теплопроводности позволяет создать сравнительно простую одномерную модель СВЧ разряда высокого давления [1-3].
    Рассмотрение показало, что при одном и том же уровне вводимой мощности возможны два стационарных состояния: высокотемпературное (ВТ) и низко-температурное (НТ), причем последнее оказывается почти прозрачным для волн. При фиксированной амплитуде поля выделение энергии в СВЧ разряде sЅEЅ²  сильно растет с температурой, поскольку электронная плотность возрастает по закону  exp(-I/2T),  I/T >>1 , I -потенциал ионизации. В то же время отвод энергии из разряда меняется с температурой всего лишь  степенным образом, поэтому НТ разряд оказывается неустойчив, см. например [4]. Устойчивость ВТ разрядов, реализуемых в эксперименте, обеспечивается за счет обратного воздействия плазмы на СВЧ поле, поддерживающее разряд, путем его скинирования.
    Получение НТ состояний представляет интерес, так как в таком разряде можно было бы получить слабоионизованную плазму с температурой »3 кК, что на 1-2 кК меньше, чем в ВТ состоянии.  Можно ожидать, что такая НТ плазма найдет применение в плазмохимии. Реализовать НТ состояния можно пытаться с помощью системы обратных связей, которая меняет амплитуду падающего СВЧ излучения в соответствии с флуктуациями температуры. Такая внешняя регулировка может заменить естественную “скиновую”, обеспечивающую устойчивость ВТ состояний.
    В настоящей работе проанализирована устойчивость НТ состояний СВЧ разряда высокого давления и определена величина коэффициента отрицательной обратной связи, требуемая для его стабилизации. Рассмотрены разряды плоской, цилиндрической и сферической геометрии. Неустойчивой оказывается лишь первая радиальная мода. Характерные инкременты неустойчивости НТ состояния оказываются порядка десятков с^-1 для плоского разряда, ~10³с^-1 для цилиндрического и сферического. Характерные величины коэффициента обратной связи, при котором возможна стабилизация НТ разряда, составляют десятки кК^-1 для плоского и единицы кК^-1 для цилиндрического и сферического разрядов.

    ЛИТЕРАТУРА
   1. Сб. Низкотемпературная плазма./ Под ред. Дресвина С.В., Русанова В.Д. Вып. 6. ВЧ и СВЧ плазмотроны. Новосибирск: Наука, 1992.
   2. Лелевкин В.Н., Оторбаев Д.К. Экспериментальные методы и теоретические модели в физике неравновесной плазмы. Фрунзе: Илим, 1988.
   3. Тимофеев А.В.// Физика плазмы. 1997. Т.23. С.106.
   4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.

 РЕЗОТРОН : ИК ЛСЭ  НА ОСНОВЕ ДИССИПАТИВНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ

А.Н. Ораевский, И.В. Сметанин

Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, 117924 Москва, Ленинский проспект 53

    В работе рассматривается  коннцепция  резотрона [1,2] --  принципиально  новой схемы безондуляторного лазера на свободных электронах. Механизм генерации  электромагнитного излучения в этой схеме основывается на диссипативной неустойчивости замагниченного электронного пучка, возникающей в присутствии поглощающей среды. В отличие от общепринятых схем ЛСЭ и черенковских генераторов, эффект усиления в резотроне обусловлен поглощением материала: неустойчивость отсутствует в прозрачной среде Ime= 0, e -- диэлектрическая проницаемость среды.
    Принципиальная особенность рассматриваемой схемы в том, что она не требует черенковского условия синхронизма пучка и собственной моды электродинамической системы (быстро затухающей вследствие поглощения). Усиливаемая волна представляет собой совокупность связанных поля излучения и продольной потенциальной волны плотности, так что указанный синхронизм выполняется автоматически. Следствием этого является отсутствие порога по энергии электронов пучка.
    Концепция резотрона открывает возможность создания мощных источников коротковолнового излучения на основе сильноточных пучков низкой энергии (<1-2 МэВ) : диапазон длин волн генерации определяется полосой поглощения используемого диэлектрика Im e(w) > 0 и слабо зависит от энергии электронов пучка, спектры же поглощения большинства веществ лежат в области от дальнего ИК (миллиметровые и субмиллиметровые длины волн)  до видимого и УФ диапазонов. Возможность использования плотных пучков обеспечивает значительные коэффициенты усиления ИК сигнала -- до нескольких обратных сантиметров.
    Представлен анализ различных возможных схем реализации концепции резотрона, а именно, а) электронный пучок движется вблизи поверхности поглощающего диэлектрика; б) пучок распространяется в резонаторе, заполненном резонансно-поглощающим газом.
    Отметим, дисипативная неустойчивость может быть использована для группировки электронного пучка на оптической длине волны [3]. Это представляет интерес для традиционных схем ЛСЭ как механизм предварительной группировки пучка споследующим введением его в ондулятор.

    1. А.Н. Ораевский, И.В. Сметанин. Письма в ЖЭТФ (1995) 62, 242
    2. A.N.Oraevsky and I.V. Smetanin. Laser Physics (1997) 7, 155
    3. А.Н. Ораевский. Квантовая электроника (1980) 7, 495

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ НЕОДНОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ В ПОЛЕ НАКАЧКИ, МОДУЛИРОВАННОЙ ПО ЧАСТОТЕ

Л.В.Симончик, В.И.Архипенко, В.Н.Будников*, Е.3.Гусаков*, А.К.Капаник, В.А.Писарев

ИМАФ АНБ,. Минск, Белоруссия
*ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия

    Согласно существующим представлениям, основанным на результатах теории однородной плазмы [1], стохастическая фазовая модуляция волны накачки является эффективным средством контроля параметрических процессов. Предсказываемое теорией подавление параметрической неустойчивости, которое должно наступать при превышении частотным уширением волны накачки инкремента неустойчивости, наблюдалось ранее в экспериментах [2,3] как при стохастической, так и при синусоидальной фазовой модуляции накачки.
    В настоящей работе исследуется влияние синусоидальной и стохастической частотной модуляции волны накачки на развитие абсолютной параметрической неустойчивости неоднородной плазмы. Эксперимент выполнен на линейной плазменной установке "Гранит", в которой ЭЦР разрядом формировалась аргоновая плазма, неоднородная как поперек, так и вдоль магнитного поля. Исследовалось влияние частотной модуляции волны накачки (f_o = 2,45 Ггц, DfЈ 150 Мгц, Р_oЈ 200 мВт) на развитие абсолютных параметрических неустойчивостей индуцированного рассеяния назад и вперед. Показано, что выводы работ [1-3] о частотном уширении накачки, необходимом для подавления, не являются универсальными и, по-видимому, применимы лишь в однородной плазме. Подавление неустойчивости индуцированного рассеяния назад I ® I ' + s происходило лишь при значительном частотном уширении накачки, в 20-50 раз превосходящем инкремент абсолютной неустойчивости. При этом пространственное уширение области трехволнового параметрического резонанса было соизмеримо с размером петли обратной связи, приводившей к возбуждению абсолютной неустойчивости. В работе исследована зависимость мощности, пороговой для возбуждения абсолютной параметрической неустойчивости, а также ее инкремента от частотного уширения волны накачки. Проведено сопоставление с режимами подавления неустойчивости, ранее наблюдавшимися при линейной частотной модуляции волны накачки.
    Неожиданным результатом работы, не нашедшим до настоящего времени адекватного теоретического объяснения, является сохранение неустойчивостями индуцированного рассеяния назад и вперед когерентного характера при значительной стохастической модуляции волны накачки, непосредственно вплоть до подавления.

    Работа поддержана грантом РФФИ 95-02-05542-1 а.

    Литература.
   1. Valeo Е., Oberman С. Phys.Rev.Lett, 1973, 30, p.1035.
   2. Obenschain S.P., Luhmann Y.C., Grieling P.T. Phys.Rev.Lett., 1976, 36, p.1309.
   3. Mizunok К., De Groot J.S. Phys.Rev.Lett., 1977, 39, p.608.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТОЯЧИХ ЛЕНГМЮРОВСКИХ ВОЛН И ИОНОВ В ХОЛОДНОЙ ПЛАЗМЕ.

Коваленко В.П., Коваленко А.В.

Институт физики Национальной Академии Наук Украины, Киев

    Показано, что электрическое поле стоячих ленгмюровских колебаний в холодной плазме содержит независящую от времени составляющую. Эта составляющая препятствует пондемоторному дрейфу электронов и в то же время приводит в движение ионы. С использованием Лангранжевых переменных изучена самосогласованная одномерная динамика электронных колебаний и медленного ионного движения.
    Для начального возмущения скорости электронов вида v_qз_t=0= v₀ sin kx    выведена следующая система уравнений для смещения d_i(x₀,t) произвольного иона из первоначального положения x₀ и высокочастотного смещения электрона s_h(x₀,t) относительно этого иона.

где w₀, w_i - электронная и ионная плазменные частоты соответственно. Решение этой системы уравнений показывает, что в момент времени w₀t_c» (5М)^1/3 ¤а₀ , где а₀ = kv₀¤w₀  наступает пересечение электронных траекторий. Этот момент времени близок к определённому в [1] другим методом. Найдено также смещение ионов, которое оказалось независящим от Эц и показано, что ионы получают к этому моменту лишь малую часть первоначальной осцилляторной энергии электронов.  Обращается  внимание на принципиальное отличие эффекта от явления модуляционной неустойчивости и сформулировано условие, разграничивающее эти процессы.

   1. Исиченко М.В., Яньков В.В., Физика плазмы, 1986, т. 12, с. 169.

ВИРКАТОР С ПЛАЗМЕННЫМ АНОДОМ МЕГАВОЛЬТНОГО УРОВНЯ

Жданов B.C., Бабкин А.Л., Галкин С.М., Гладилин Д.Л., Дубинов А.Е., Корнилов В.Г., Селемир В.Д., Степанов Н.В., Суворов В.Г., Хижняков А.А., Челпанов В.И.

Российскнй Федеральный Ядерный Центр, Саров, Россия

    С 1994 года во РФЯЦ-ВНИИЭФ ведутся работы по исследованию и использованию плазменных анодов в ускорительных системах [1]. Эта технология находит свое применение, в частности, в мощных СВЧ генераторах с виртуальным катодом (виркаторах), которая позволяет существенно увеличить длительность генерируемого СВЧ импульса. Перспективны также направления по использованию подобных систем для коллективного ускорения положительных ионов и для транспортировки сверхпредельных электронных пучков на большие расстояния.
    В данной работе экспериментально исследовался виркатор с плазменным анодом и с мегавольтным уровнем питания. В качестве источника питания использовался электронный ускоритель на основе индуктивного накопителя энергии с плазменным прерывателем тока (установка "КОВЧЕГ" [2]). При этом в виркаторе с плазменным анодом реализованы следующие параметры: энергия электронов - 0,5...1,2 МэВ, сила тока пучка - до 100 кА, длительность импульса высокого напряжения - 300 нс. Зарегистрирован импульс СВЧ излучения длительностью до 200 нс.

    Работа выполнялась в рамках проекта РФФИ № 96-02-17047а.

    Литература.
   1. Бабкин А.Л., Дубинов А.Е. и др.. Физика плазмы, 1997, т. 23, стр. 343.
   2. Babkin A.L, Chelpanov V.I. et al.. Digest of abstracts of 9th IEEE Int. Pulsed Power Conf., NM, 1993, РШ-31.

ПРИТЯЖЕНИЕ МАКРОТЕЛ В ПЛАЗМЕ

Дубинов А.Е., Жданов B.C., Игнатов А.М*, Корнилов С.Ю., Садовой С.А., Селемир В.Д.

Российский Федеральный Ядерный Центр, Саров, Россия
*Институт Общей Физики РАН, Москва, Россия

    Известно, что при определенных условиях в запыленной плазме частицы пыли формируются в упорядоченные структуры (так называемые плазменно-пылевые кристаллы). Так как в плазме частицы пыли могут приобретать электрический заряд только одного знака, как правило, отрицательного, то на расстояниях, меньших дебаевского радиуса, они должны отталкиваться вследствие кулоновского взаимодействия. Однако помимо отталкивания, на больших расстояниях существуют механизмы притяжения между частицами пыли, удерживающие плазменно-пылевой кристалл от распада.
    Экспериментальному обнаружению и исследованию притяжения между макроскопическими телами посвящена данная работа.  Исследования проводились в стационарном тлеющем разряде в воздухе при давлениях 0,1...0,01 Top. В качестве макротел были выбраны 1-мерные (тонкие стеклянные нити диаметром 90 и 140 мкм) и 2-мерные (тонкие лавсановые ленточки толщиной 10 мкм и шириной 8 мм) аналоги пылинок, свободно висящие в гравитационном поле Земли. Обнаружено и измерено их притяжение в зависимости от концентрации плазмы.
    Последующие эксперименты проводились с тонкими диэлектрическими (бумага, 80 г/м², размер 30Ч30 мм) и проводящими (алюминий, 135 г/м², размер З0Ч30 мм) пластинками, свободно висящими в поле Земли на расстоянии ~ 10 мм, для которых также обнаружено и измерено притяжение в зависимости от концентрации плазмы.

GENERATION OF X-RAY RADIATION IN VACUUM DISCHARGES AT LOW APPLIED VOLTAGES

N.I. Vogel

University of Technology Chemnitz, Department of Physics, Optical Spectroscopy and Molecule Physics, 09107 Chemnitz, Germany

    Temporal evolution of x-ray  emission  from  laser-induced discharges was investigated by means of a picosecond x-ray streak camera FRF-4 [1]. Point-like structures and thin hot layers of plasma torch and hence temperature T > 100 eV have been found in a low voltage vacuum discharge (U=150 V) initiated by picosecond laser beam. The radiation of laser-induced breakdown was investigated with a long delay time (16.49 ns) relative to the ignition point by the laser beam in order to eliminate the x-ray radiation coming from the laser-produced plasma. This work demonstrates the first   direct observation of x-ray emission from low-voltage vacuum discharge which earlier had been predicted in [2-5].

   1.S.I. Petrov, V. P. Lazarchuk, V. M. Murugov, A. V. Senik, V. I. Afonin, A. G. Berkovskii, Yu. I. Gubanov, I. G. Pryanishnikov, G. N. Kislitskaya. // Proceeding of 22-nd International Congress on High-Speed Photography and Photonics, Santa Fe, New Mexico, USA, 27 Oct. -1 November, 1996.
   2.V. A. Skvortsov, N. Vogel.// Proceedings of the International Conference on Physics of Stongly Coupled Plasmas, Binz, Germany, 1995,( Word Scientific, Singapore-London, 1996), p. 343.
   3.V. A. Skvortsov, N. Vogel.//Proceedings of the 11th International Conference on High Power Particle Beams, Prague, 1996, Vol.I,p.513.
   4.N.I. Vogel, V.A. Skvortsov.//IEEE Trans. on PS. 1997,PS-25, 553.
   5.V. A. Skvortsov, N. 1. Vogel.// Proceedings of the 24th Conf. on Physics of High Temperature Plasmas and Confinement Fusion, Zvenigorod, 1997, p. 196.

ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ И ДИНАМИКИ ИСПАРЕНИЯ СТЕНКИ НА РАЗВИТИЕ РАЗРЯДА В ТОНКОМ КАНАЛЕ.

Карлыханов Н.Г., Глазырин И.В., Политов В.Ю., Тимакова М.С.

Российский Федеральный Ядерный Центр. Всероссийский НИИ Технической Физики. Г. Снежинск, Челябинская область.

    Рассмотрена физихо-математическая модель взаимодействия плазмы, образованной в результате электроразряда, с твердотельной стенкой капилляра, в которой самосогласованно решаются уравнения магнитной двухтемпературной газовой динамики с электронной, ионной вязкостью и теплопроводностью, уравнения кинетики населенности уровней ионов и переноса излучения в линиях и континууме, а также кинетика испарения стенки. Расчеты проводились по программе ЭРА для условий, близких к известным экспериментам [1].

    Литература
   1. Rocca J.J., Shlyaptsev V., Tomasel F.G., et. al. Phys. Rev. Lett. 1994, v.73, p.2192.

СТОХАСТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС В КИНЕТИКЕ УБЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОНОВ

Дубинов А.Е., Михеев К.Е., Селемир В.Д., Судовцов А.В.

Российский Федеральный Ядерный Центр, Саров, Россия

    Известно, что коллектив электронов, движущихся в газе под действием внешнего электрического поля, при определенных условиях может формироваться в две устойчивые группы группа нерелятивистских электронов с энергией ~ 1-10 кэВ и группа так называемых убегающих электронов с энергиями более 1 МэВ [1,2]  Формирование такого бистабильного энергетического  распределения  является  следствием  немонотонности зависимости от энергии динамической силы трения электрона (которая, в общем случае, определяется упругими и неупругими столкновениями электронов с атомами газа, а также радиационными потерями).
    В результате численного фурье-анализа решений уравнения Ланжевена, описывающего динамику коллектива электронов, включающего в себя группу убегающих электронов, установлено, что в процессе движения коллектива электронов  происходит  стохастическое  резонансное  самовозбуждение автоколебаний переходов электронов из одной энергетической группы в другую и обратно Возникновение этих колебаний представляет собой характерный пример такого известного динамического явления, как стохастический резонанс [3] для непотенциальных систем.
    Обнаруженная особенность в кинетике электронов может добавить ряд тонких следствий в теорию инициирования высотных молний, основанной на важной роли убегающих электронов [4] С этой целью была вычислена зависимость резонансной частоты самовозбуждения от высоты над уровнем моря. Так, например, для высоты 40 км и величины внешнего электрического поля 10 кВ/см резонансная частота равна примерно 0,5 кГц.

    Литература.
   1. Дрейсер Х Вторая международная конференция по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1958, стр. 170.
   2. Бабич Л.П., ТВТ, 1995, т. 33, стр. 659
   3. McNamara B., Wiesenfeld K., Phys. Rev. A, 1989, V. 39, p. 4854.
   4. Roussel-Dupre R., Gurevich A.V., Phys. Rew. Е, 1994, V. 49, p. 2257

 УСТОЙЧИВОСТЬ ДВОЙНОГО СЛОЯ В ОГРАНИЧЕННОЙ ПЛАЗМЕ

Туриков В.А., Ульяницкий И.В.

Российский университет дружбы народов, Москва, Россия

    Двойные слои относятся к важному классу когерентных структур в космической и лабораторной плазме [1]. Для самосогласованного поддержания в них перепада потенциала необходимо присутствие ускоренных и отраженных частиц, скорости которых должны удовлетворять критерию Бома [1], эквивалентному условиям для развития соответствующих пучковых неустойчивостей в неограниченной плазме. Наличие границ приводит к изменению характера колебаний и влияет на их устойчивость.
    Исследование устойчивости двойного слоя сильно осложняется    тем, что невозмущенное состояние является существенно неоднородным и должно быть найдено из решения соответствующей самосогласованной задачи. В работе [2] проблема устойчивости рассматривалась в рамках простой модели с бесконечно узким и бесконечно высоким скачком потенциала. Однако известно, что ширина слоя возрастает с ростом его амплитуды [1]. Поэтому использование такой модели не дает полной информации об устойчивости реальных двойных слоев.
    В данной работе рассмотрены свойства двойного слоя в плазменной системе между проводящими электродами с фиксированными потенциалами. Граничные условия для электронного пучка в низкопотенциальной области соответствовали инжекции частиц с заданными значениями скорости и плотности. Распределение потенциала в двойном слое находилось из уравнения Пуассона, в котором плотность заряда определялась вкладом моноэнергетического пучка ускоренных частиц, а также отраженных частиц, распределенных по Больцману.
    При малом относительном изменении энергии ускоренных частиц (слабый двойной слой) ширина слоя стремится к значению порядка дебаевской длины, что позволяет использовать условия сшивки решений для возмущений в однородных областях по обе стороны слоя. Эти условия совместно с граничными условиями для возмущений потенциала, скорости и плотности ускоренного пучка приводят к дисперсионному уравнению для электронных колебаний. В предельном случае нулевой разности потенциалов на электродах оно переходит в известное уравнение для неустойчивости Пирса.
    Из анализа решений дисперсионного уравнения следует, что помимо корней, характерных для однородного случая, возникают корни с ненулевой действительной частью частоты, обусловленные наличием плазменно-пучковой системы в высокопотенциальной области. С ростом перепада потенциала инкременты этих колебаний возрастают из-за увеличения плотности отраженных частиц и скорости пучка. Области длин, в которых возникает апериодическая неустойчивость, являются более широкими по сравнению с системой Пирса. Вне этих областей слабый двойной слой является устойчивым, если он расположен достаточно близко к высокопотенциальному электроду.

    Литература
   1. Волокитин А.С., Красносельских В.В. Двойные слои в плазме. Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Исследование космического пространства. 1988, т. 88, с. 129.
   2. Гедалин М.Э., Красносельских В.В., Ломинадзе Д.Г. Физика плазмы. 1985. T.I 1, с. 870.