СВОЙСТВА САМОСЖАТОГО ИЗЛУЧАЮЩЕГО РАЗРЯДА ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ С ХОЛОДНЫМ СТАРТОМ
Александров В.В., Грабовский Е.В., Зурин М.В., Красовский И.В., Митрофанов К.Н., Недосеев С.Л., Олейник Г.М., Порофеев И.Ю., Самохин А.А., Сасоров П.В., Смирнов В.П., Федулов М.В., Фролов И.Н.

Поступила в редакцию: 12 Февраля 2004

PACS: 52.59.Qy, 52.35.Ra

DJVU (406K)

PDF (652.7K)

Предложена качественная модель динамики сверхтераваттного излучающего Z-пинча с холодным стартом и высоким темпом нарастания тока. Исследовались разряды при токе -5 МА, dI/dt>10¹³ А/с через однородные или структурированные плазмообразующие среды, в том числе через многопроволочные сборки. Главное следствие холодного старта - пространственно-неоднородное плазмообразование, затянутое практически на весь период нарастания разрядного тока. В этих условиях действие сил становится определяющим в динамике генерируемой плазмы до завершения полного перехода плазмообразующего вещества в ускоряемую плазму. Приведены результаты модельных расчетов испарения многопроволочной сборки. Дана оценочная формула для максимально возможной скорости отбора плазмы силами внутрь гетерогенного лайнера. Показано, что вследствие локального нарушения баланса между сносом генерируемой плазмы и подачей плазмообразующего вещества под ионизацию происходит аксиально неоднородный прорыв потока внутрь лайнера, который опережает последующее стягивание плазмы. В результате прорыва магнитного потока образуется «радиальный плазменный ливень» - хаотичная азимутально-аксиальная плазменная структура в виде радиально вытянутых сгустков плазмы, имеющих сравнительно малые поперечные размеры. Прорвавшийся азимутальный магнитный поток препятствует дальнейшему протеканию тока в области прорыва. В условиях «плазменного ливня» рассмотрение сжатия Z-пинча на основе формализма рэлей-тейлоровской неустойчивости, равно как и на основании классической модели «снежного плуга», является некорректным. В сжатом состоянии пинча осуществляются: перевод энергии магнитного поля тока в МГД-турбулентное движение ионной компоненты плазмы, ее конвективное перемешивание с магнитным полем, нагрев, передача энергии от ионов к электронам и излучение сжатой плазмы. В условиях эксперимента излучение практически всегда играет определяющую роль в энергетическом балансе при сжатии пинча. Как элемент электрической цепи, Z-пинч представляет собой нестационарный нелинейный импеданс, потребляющий энергию магнитного поля, которое создается генератором в накопителе-концентраторе тока с магнитной самоизоляцией. Максимум активной мощности в цепи по времени и по величине близок к максимуму мощности мягкого рентгеновского излучения пинча. Сформулированы условия оптимального согласования цепи «генератор-концентратор-пинч».