Досліджено спектр альфвенівських коливань у стелараторах. Відкрито альфвенівські моди нового типу - альфвенівські власні моди, викликані дзеркальними гармоніками магнітної конфігурації. Показано істотність впливу тиску плазми на їх властивості. Виведено редуковані лінійні рівняння ідеальної магнітної гідродинаміки (МГД) для вивчення альфвенівських власних мод у стелараторах з великим аспектним відношенням. Дані рівняння враховують ефекти тиску та стисливість плазми. Розроблено числовий код COBRAS, призначений для дослідження МГД континууму. Здійснено розрахунки для одного з розрядів стеларатора "Вендельштайн". Показано, що ефекти стисливості є істотними у низкочастотній частині МГД континууму. Одержано рівняння для неідеальних альфвенівських власних мод, що враховують ефекти скінченності ларморівського радіуса іонів основної плазми, паралельне електричне поле та дисипативні механізми. За допомогою цих рівнянь показано, що у стелараторах лінії "Вендельштайн" можуть збуджуватися кінетичні альфвенівські власні моди, викликані дзеркальними гармоніками магнітної конфігурації. Досліджено дестабілізацію цих мод альфа частинками, які можуть виникати внаслідок реакцій синтезу в реакторі "Геліас".

  Скачати повний текст

Теоретично досліджено вплив просторової дисперсії плазми та розповсюдження, а також поглинання швидких магнітозвукових хвиль в області іонних циклотронних частот. Наведено результати порівняльного аналізу різних сценаріїв високочастотного (ВЧ) нагрівання іонів плазми з використанням збудження швидкої моди швидких магнітозвукових хвиль і оптимізації їх основних параметрів з метою вибору найперспективніших щодо стелараторів У-2М і TJ-1U. Запропоновано та теоретично обгрунтовано два методи ВЧ нагрівання тороїдної плазми, які базуються на використанні збудження швидкої моди, її ефективної конверсії у повільну моду швидких магнітозвукових хвиль і подальшому поглинанні повільної моди на основному циклотронному резонансі для іонів домішки гелію-3 і тритію, відповідно. Теоретично досліджено вплив сильної просторової області основного циклотронного резонансу за умов квазіперпендикулярного розповсюдження, а також зв'язок цієї задачі з відомим парадоксом появи негативної дисипації у цьому режимі. Проаналізовано основні параметри двокомпонентного ВЧ режиму термоядерного горіння зі зниженим нейтронним виходом, що базується на поглинанні інтенсивної повільної моди у плазмі суміші дейтерій - гелій-3.

  Скачати повний текст

Наведено результати експериментального дослідження характеристик плазмових потоків, які генеруються повноблочним квазістаціонарним сильнострумовим прискорювачем плазми КСПП Х-50. Проаналізовано особливості взаємодії потужних плазмових потоків з поздовжнім магнітним полем і з поверхнями зразків. Здійснено варіювання параметрів потоків плазми методом зміни робочої напруги, комутації конденсаторної батареї та профілю основного прискорювального каналу КСПП. Проаналізовано ефективність транспортування та замагнічування потужних параметрів потоків плазми у зовнішньому поздовжньому магнітному полі залежно від параметрів потоку плазми. Показано, що повний енерговміст у плазмових потоках, які проходять через магнітний соленоїд, суттєвим чином залежить від величини індукції магнітного поля. Встановлено, що основні параметри екрануючих плазмових шарів, утворених поблизу поверхні зразка, опромінюваної потужними потоками плазми, визначаються параметрами налітаючого потоку плазми, розмірами мішені та величиною зовнішнього магнітного поля. Встановлено суттєву роль формування таких плазмових шарів у процесах передачі енергії поверхні мішені. З'ясовано, що енергетичне навантаження на поверхню зразка складає менш, ніж 10 % від енергії налітаючого плазмового потоку. Наведено деякі результати аналізу ерозії поверхні графіту та металів, опромінених плазмовими потоками КСПП з потужними тепловими навантаженнями.

  Скачати повний текст

Уперше запропоновано схему для використання керованих термоядерних реакцій у промислових цілях на базі теплової ізоляції високотемпературної плазми електричним полем. Установлено закономірності інерційно-електростатичного утримання плазми у разі інжекції електронних та йонних потоків у дрейфовий простір. Знайдено умови утворення потенційних бар'єрів для електронів і йонів у густій плазмі, а також новий тип розв'язання рівняння Ленгмюра, що характеризується утворенням у дрейфовому просторі серії віртуальних електродів, що чергуються: анодів і катодів, які володіють властивостями реальних електродів, але абсолютно прозорих для потоків заряджених частинок. Запропоновано та експриментально досліджено сферичне фокусування потоків заряджених частинок у центр електростатичної пастки. Досліджено питання просторово-часового фокусування потоків заряджених частинок, що дає змогу знизити критичні розміри електростатичної пастки, а також здійснити нагрівання твердої термоядерної мішені концентрованими йонними пучками. Знайдено умови захисту сіток від бомбардування електронними та йонними потоками з плазми магнітним полем струму, що протікає через витки сітки. Винайдено новий тип пастки для утримання високотемпературної плазми комбінованими електричними та магнітними полями - елекромагнітну пастку. Проведено теоретичне та експериментальне дослідження цих пасток. Розроблено проект джерела термоядерних нейтронів, що сполучає в одній установці плазмову мішень та інжектори високоенергетичних йонів. Створено концепційний проект термоядерного реактора на базі багатощілинної електромагнітної пастки. Наведено нові діагностичні методи для виміру параметрів плазми та електричних полів у електростатичних і електромагнітних пастках.

  Скачати повний текст

Досліджено процеси за умов сильної нерівноважності носіїв заряду у разі їх розігріву сильним електричним полем в об'ємних кристалах германію та гетероструктурах n-InGaAs/GaAs із квантовими ямами. Вивчено струмові нестійкості, які виникають за цього, а також утворення просторово-неоднорідних структур у вигляді струмових шнурів або високопольових доменів. Експериментально виявлено теоретично повздовжні термодифузійні автосолітони у вигляді струмових шнурів у кристалах Gе. Показано, що такі автосолітони утворюються у слабкорозігрітій плазмі з високою концентрацією носіїв. Виявлено, що в гетероструктурах n-InGaAs/GaAs із квантовими ямами в латеральному електричному полі виникають статичні високопольові акустоелектричні домени. Визначено, що в гетероструктурах n-InGaAs/GaAs з подвійними тунельно-зв'язаними квантовими ямами просторовий перенос електронів у гріючому електричному полі із широких квантових ям у вузькі ями призводить до різкого збільшення інтенсивності далекого інфрачервоного випромінювання електронів.

  Скачати повний текст

Відкрито нове явище - просторове каналювання енергії й імпульсу у разі збудження нестійкостей плазми енергійними іонами. Показано існування у стелараторах власних коливань, обумовлених модуляцією магнітного поля вздовж тороїдального кута. Знайдено, що частоти гвинтових альфвенівських мод (НАЕ-мод) розташовані у верхній частині НАЕ-щілини в альфвенівському континуумі. Показано існування резонансів частинка - хвиля, обумовлених відсутністю аксіальної симетрії магнітної конфігурації стелараторів. Виявлено дрейфово-звукові власні коливання та новий тип дрейфовоальфвенівських власних коливань у тороїдальній плазмі. Знайдено ключовий параметр, названий "звуковим", від якого залежить поведінка альфвенівського континууму в околі раціональної магнітної поверхні. Встановлено існування двох типів фішбон-нестійкості з частотами, які значно перевищують частоти відомих фішбон-нестійкостей плазми токамаків. Показано, що наявність "долини" в рівноважному полі у плазмі з високим відношенням тиску плазми до тиску магнітного поля є стабілізувальним фактором, який за певних умов забезпечує абсолютну стійкість фішбон-моди. З'ясовано, що нестійкості плазми, які збуджуються енергійними іонами в токамаках і стелараторах, можуть значно впливати на електронні потоки тепла (але не на потоки частинок) поперек магнітного поля. Виявлено групу енергійних іонів, які можуть істотно зміщуватися за радіусом плазми, рухаючись по супербананових орбітах під дією пилчастих коливань у токамаках. Доведено можливість періодичних спалахів потужності термоядерного реактора в режимі з пилкоподібними коливаннями.

  Скачати повний текст

Відкрито новий тип стохастичної дифузії альфа-частинок в оптимізованих стелараторах, яка виникає у разі послідовних перетинів частинкою сепаратриси, що відокремлює локально захоплений і локально пролітний стани руху. Створено самоузгоджену модель провокування транспортних бар'єрів під час активації моди "фішбон". Удосконалено теорію впливу енергійних іонів (як тороїдально захоплених, так і пролітних) на пилчасті коливання у звичайних токамаках і сферичних торах. Розроблено модель нелінійного резонансного впливу енергійних іонів на неокласичні тиринг-моди. Обгрунтовано пояснення магнітного перезамикання за "фішбонної" активності плазми. Розроблено теорію фішбонів у розрядах з пласким профілем струму в центрі плазми та в розрядах з оберненим широм магнітного поля. Створено модель нелінійної динаміки зональної течії, яка збуджується короткохвильовою турбулентністю, поблизу порога модуляційної нестійкості. Пояснено збудження тороїдальних альфвенівських власних мод в омічних розрядах (за відсутності енергійних частинок). Досліджено резонансний вплив дрібномасштабної турбулентності на макроскопічні магнітні острови, що обертаються. Розглянуто резистивне затухання альфвенівських власних мод на локалізованих електронах у стелараторах. Описано механізм збудження геодезичної акустичної моди за іонного циклотронного нагрівання.

  Скачати повний текст

Удосконалено математичну постановку задачі розрахунку характеристик магнітної конфігурації шляхом введення керуюючих параметрів з урахуванням зовнішніх факторів. Розроблено новий метод синтезу технічних рішень, який базується на зведенні багатокритеріальної задачі розрахунків характеристик магнітної конфігурації до однокритеріальної, яка передбачає розгляд інших критеріїв як системи обмежень. Створено математичну модель геометрії магнітних обмоток, яка передбачає врахування технологічних критеріїв на виготовлення, що дозволило одержати дані розрахунків і тривимірні зображення об'єктів моделювання у режимі реального часу. Розроблено інтерактивну графічну систему моделювання полюсів магнітних обмоток, згідно з якою побудова геометричних моделей має здійснюватися з урахуванням керуючих параметрів і зовнішніх факторів під час вирішення оптимізаційної задачі розрахунків характеристик магнітної конфігурації і технологічних особливостей виготовлення. Використання системи дозволяє автоматизувати процес одержання геометричних характеристик і тривимірювального зображення об'єктів моделювання у режимі реального часу. Розроблено інтерактивну графічну систему геометричного моделювання межової магнітної поверхні, яка створюється силовими лініями магнітного поля та базується на введенні додаткових параметрів, що забезпечують розрахунок топології силових ліній магнітного поля. Запропонована система дозволяє підвищити точність розрахунків і зменшити терміни проектування.

  Скачати повний текст

Досліджено особливості іонного циклотронного резонансу в неоднорідній плазмі. Перша особливість пов'язана з ефектами неоднорідності магнітного поля на розмірах ларморівського радіуса іонів. Ці ефекти виявляються суттєвими у разі розповсюдження швидких магнітозвукових хвиль (ШМЗХ) через плазму поперек магнітного поля. Друга особливість циклотронного резонансу пов'язана з необхідністю урахування, поряд з просторовою дисперсією, що обумовлена скінченним ларморівським радіусом іонів, неоднорідності густини та температури іонів. Вивчено проходження крізь шар циклотронного резонансу ШМЗХ, які розповсюджуються поперек неоднорідного магнітного поля з прямими силовими лініями в плазмі малого тиску. У цьому випадку ефекти, пов'язані з доплерівським зсувом, виявляються несуттєвими. Отримано розв'язок рівнянь Максвелла методом теорії збурень та визначено коефіцієнти поглинання, відбиття та проходження. Досліджено кратний циклотронний резонанс у плазмі адіабатичного уловлювача, яку модельовано неоднорідним за радіусом плазмовим циліндром, та в неоднорідній плазмі токамака малої тороїдальності і круговими перерізами магнітних поверхонь. Отримано вирази для струмів резонансних іонів та знайдено показники потужності ШМЗХ, яка поглинається цими іонами, для довгохвильових коливань, коли неоднорідність хвилі за радіусом порядку розмірів плазми (уловлювач малого розміру).

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено питанням транспортування і плазмової компенсації іонних пучків малих і середніх енергій в поперечному магнітному полі в іонно-плазмових системах з нееквіпотенціальними межами. Вперше виявлено, експериментально і теоретично досліджено ефект автокомпенсації іонного пучка за рахунок надходження електронів із плазми несамостійного газового розряду, що збуджується в просторі транспортування при наявності поперечного або локально-неоднорідного квазіповздовжнього магнітного поля в межах іонного пучка. Побудовано феноменологічну модель плазмової компенсації іонного пучка в поперечному магнітному полі, що пов'язує потенціал іонно-пучкової плазми з параметрами іонно-плазмової системи. Встановлено механізм динамічної зарядової декомпенсації іонного пучка і побудовано модель формування і релаксації віртуального анода. На основі результатів роботи запропоновано спосіб і пристрій, за допомогою яких здійснюється плазмова компенсація іонних пучків.

  Скачати повний текст

Знайдено компонент тензора магнітної проникності феромагнітних гранул, що знаходяться у сильному зовнішньому магнітному полі. На підставі одержаного тензора магнітної проникності розраховано та проаналізовано дисперсійні співвідношення для низькочастотних хвиль у запорошеній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами. За допомогою виразу для тензора магнітної проникності однорідно намагніченого сферичного феромагнетика розраховано та проаналізовано дисперсійні співвідношення високочастотних хвиль. Одержано аналітичні вирази для групової та фазової швидкостей високочастотних хвиль у випадку повздовжнього та поперечного поширення відносно напрямку зовнішнього магнітного поля, а також для гібридних резонансних частот, що виникають у запорошеній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами. Результати розрахунку фазової та групової швидкостей високочастотних хвиль для загального випадку поширення подано графічно. Показано, що запорошена магнітоактивна плазма з феромагнітними гранулами виявляє властивості лівих середовищ поблизу резонансних частот, зумовлених присутністю феромагнітного компонента.

  Скачати повний текст

Вивчено стохастичну дифузію швидких (надтеплових) іонів у сферичних токамаках. Запропоновано альтернативну модель колапсу пилчастих коливань у токамаках, яка пояснює спостережену поведінку коефіцієнта запасу стійкості. Виявлено існування критичної енергії захоплених швидких іонів під час їх перерозподілу пилчастими коливаннями. З'ясовано, що іони з надкритичними енергіями є нечутливими до колапсів, а іони з підкритичними енергіями добре перерозподіляються. Одержано та використано до аналізу експерименту рівняння, що описують перерозподіл частинок колапсом. Розроблено числовий код COBRA для розрахунку альфвенівських континуумів у стелараторах, який застосовано для аналізу експериментів. Виявлено явише анігіляції щілин континууму у точках їх перетину та явище захоплення альфвенівських хвиль через інтерференцію гармонік параметрів плазми. Досліджено аномальну електронну теплопровідність, яка виникає через резонансну дію кінетичної альфвенівської хвилі на електрони, що дозволило пояснити експеримент на стелараторі Wendelstein 7-AS.

  Скачати повний текст

Вивчено рух стаціонарного потоку вакуумно-дугової плазми у криволінійному магнітному полі. Експериментально визначено просторовий розподіл потоків вакуумно-дугової плазми всередині криволінійного плазмоводу у магнітному полі, близькому до тороїдального. Показано, що втрат можна практично повністю уникнути, якщо правильно вибрати масштабні, геометричні та магнітні параметри фільтра. На базі наближення ведучих центрів і твердороторної моделі Р. Девідсона побудовано математичну модель руху плазми у криволінійному магнітному полі.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Здійснено експериментальне дослідження фізичних процесів, які впливають на створення та динаміку електронів і негативних іонів у плазмових джерелах з використанням пастки Пеннінга й однощілинного гострокутного електромагнітного уловлювача. Установлено особливості еволюції в аксіальному напрямку поздовжніх енергетичних спектрів електронного пучка, що ежектується з плазмових систем пеннівгівського типу. Визначено ефективний спосіб керування струмом пучка електронів, що ежектується. З'ясовано особливості емісійних і розрядних характеристик плазмового джерела електронів на основі електрично-несиметричного відбивного розряду з порожнистим катодом за умов використання газів з різними масовими числами та їх суміші як робочих джерел.

  Скачати повний текст

Досліджено питання перенесення заряджених часток, таких як важкі іони домішки з високим зарядовим числом, у термоядерній плазмі дрейфово-оптимізованих стелераторів за наявності у магнітній конфігурації резонансних структур, а саме: ізольованих ланцюгів магнітних островів і стохастичних шарів. Розвинуто аналітичний опис поведінки іонів домішки у стохастичних магнітних шарах. Розглянуто явище розпливу дрейфових поверхонь та одержано вирази для стохастичних коефіцієнтів дифузії, яких застосовано для опису радіального та полоїдного потоків дрейфових центрів у стохастичних шарах. Одержано вираз для функції розподілу дрейфових центрів у магнітній конфігурації, яка містить резонансну структуру. Розроблено статистичний транспортний код, за допомогою якого проведено порівняльний аналіз радіального дрейфу іонів вольфраму у тороїдній плазмі з урахуванням стохастичного шару магнітного поля та без нього.

  Скачати повний текст