Физика плазмы

Представлены результаты первых расчетов пристеночной плазмы токамака Т-15МД в коде SOLPS-ITER с учетом влияния дрейфов и токов. Рассмотрены режимы с мощностью, проходящей через сепаратрису PSOL = 6 МВт, и различными интенсивностями газонапуска Н, соответствующими средней электронной плотности на сепаратрисе, nesep = (2–4.5) · 1019 м−3. Как и в других токамаках схожего размера, E × B-дрейф приводит к перетеканию водорода из внешнего дивертора во внутренний, что изменяет распределение нагрузки между пластинами дивертора. Также дрейфы оказывают влияние на течение углеродной примеси. Как правило, при описании зависимости от газонапуска Н, в качестве параметра, характеризующего разряд, используется либо nesep, либо полное количество водорода в обдирочном слое (Scrape off layer, SOL), Ntot. При этом эти величины рассматриваются как эквивалентные характеристики плазмы в SOL. Показано, что, с точки зрения оценки влияния дрейфов, эти величины не эквивалентны: зависимость некоторых параметров дивертора от nesep не изменяется с включением дрейфов, но может меняться зависимость от Ntot. Также видно, что дрейфы приводят к более ярко выраженному максимуму на зависимости тока насыщения от электронной плотности, Isat(nesep). Это объясняется изменениями в излучении углеродной примеси и мощности рекомбинационного источника водорода в диверторе.

Для типичных условий ЭЦРН-экспериментов на токамаке TCV рассмотрен новый сценарий низкопорогового распада необыкновенной волны, частота которой соответствует второй электронной циклотронной гармоникевцентреплазменногошнура. Врамкахсценарияпараметрическийраспадволнынакачкисопровождается возбуждением двумерной собственной моды ионной бернштейновской (ИБ) волны и бегущей (нелокализованной) электронной бернштейновской волны. Показано, что насыщение этой параметрической распадной неустойчивости происходит в результате стохастического амплитудно-зависимого затухания ИБ-волны на сравнительно низком уровне. Обнаружено существование “второго порога” по мощности волны накачки, при превышении которого стохастическое затухание только уменьшает инкремент первичной неустойчивости, а насыщение происходит на значительно более высоком уровне из-за каскада вторичных распадов первичной ИБ-волны, сопровождающихся возбуждением собственных мод плазменного волновода ИБ-волны.

Представлены результаты экспериментов по использованию струи низкотемпературной плазмы (НТП) для активации питательной жидкой среды αMEM, в которой находились мезенхимальные стволовые клетки (МСК), выделенные из костного мозга крыс Wistar. Струя НТП создавалась аксиально-симметричным барьерным разрядом с тонким стержневым электродом, расположенным внутри кварцевой трубки вдоль ее оси. Трубка продувалась аргоном со скоростью потока на выходе трубки около 25 м/с. Исследовались условия, в которых НТП активация αMEM среды может ускорять пролиферацию МСК. Оказалось, что конечный эффект воздействия активированной жидкой среды на клетки сильно зависит от чистоты аргона, используемого для формирования плазменной струи. Наличие малой примеси кислорода в аргоне на уровне 700 ppm приводит к формированию в разряде и в плазменной струе активных форм кислорода, а также озона с достаточно высокой концентрацией. Озон, поставляемый струей в жидкую среду, хорошо в ней растворяется, и, как сильный окислитель, может губительно воздействовать на стволовые клетки. Приводятся результаты по различию состава активных частиц в плазменных струях в чистом аргоне и в аргоне с малой примесью кислорода, а также результаты микробиологических исследований по воздействию двух типов плазменных струй на мезенхимальные стволовые клетки.

Изучается возможность создания генератора переменного тока на основе плазменного диода. При определенных условиях в бесстолкновительном режиме такого диода может развиваться электронная неустойчивость и происходит резкий обрыв тока, протекающего через межэлектродный промежуток. Технически реализовать генератор на основе этого эффекта можно путем замыкания электродов через индуктивный элемент. Для определения оптимального режима работы генератора, в первую очередь, нужно изучить влияние внешней цепи с индуктивным элементом на устойчивость стационарных состояний диода. В данной работе эта проблема изучается теоретически как для перекомпенсированного, так и для недокомпенсированного режима. Для обоих режимов выведены дисперсионные уравнения. Установлено, что наличие внешней индуктивности позволяет сдвигать порог неустойчивости и делать его ниже порога Пирса. В этом случае вместо апериодической развивается колебательная неустойчивость. Определены области значений индуктивности, при которых неустойчивость может развиваться.

Исследуется движение ионов при распространении и столкновениях уединенных ионно-звуковых волн в электрон-ионной плазме и в плазме с отрицательными ионами. В ряде случаев рассчитаны смещения местоположений ионов после прохождения волны и найдены их зависимости от амплитуды волны. Описано обратное воздействие процессов, происходящих в плазме при столкновениях уединенных ионно-звуковых волн, на сами волны. Обсуждены физические механизмы, препятствующие сохранению идентичности таких волн при их взаимных столкновениях. Рассмотрено влияние смещения ионов на образование каустик при столкновениях уединенных ионно-звуковых волн в плазме с отрицательными ионами.

Теоретически исследуется влияние невзаимности межчастичных сил на перенос энергии в планарном плазменном кристалле. Показано, что существенную роль играет обмен энергией между пылевым компонентом и окружающей плазмой. Вычислено распределение средней кинетической энергии частиц в окрестности точечного источника случайного шума.

Исследовано распространение волны ионизации вдоль разрядной трубки с предварительно заряженной стенкой. Использовались чистые инертные газы от неона до ксенона, а также смесь Ne–Ar, при давлениях ∼1 Торр. Разрядные трубки имели длину 80 см при диаметре около 1.5 см. Волна возбуждалась импульсом положительной или отрицательной полярности. Заряд стенки появлялся в результате прохождения предыдущей волны ионизации, инициированной в одноэлектродном режиме. В таком режиме волна ионизации не сопровождается зажиганием тлеющего разряда. Установлено, что зависимость продольной координаты волны от времени и ее мгновенная скорость в каждой точке определяются не амплитудой возбуждающего импульса, а ее превышением над потенциалом заряженной стенки. От этого же значения зависит напряжение пробоя в трубке с предварительно заряженной стенкой. Этот факт является подтверждением концепции первичного пробоя между высоковольтным электродом и стенкой (Недоспасов и Новик, 1960) как механизма возникновения волны ионизации при зажигании тлеющего разряда. Получены оценки характерного времени существования заряда стенки.

Молния представлена как мультистабильная система, демонстрирующая способность к саморегулированию посредством поддержания собственной электронейтральности. В рамках описания канала молнии с помощью телеграфных уравнений при нелинейной зависимости скорости изменения погонного заряда плазменного шнура от напряжения получено нелинейное параболическое уравнение. Анализ модели показывает, что молниевый канал попеременно развивается в одной из двух мод, каждая из которых характеризуется затуханием продольного тока от одного конца молнии к другому. Переход между модами осуществляется посредством возбуждения быстрой волны переключения. Развитие молнии в рамках каждой моды сопровождается перезарядкой чехла лидерной системы и движением точки нулевого заряда чехла (называемой точкой реверса молнии) в сторону роста продольного тока. Движение точки реверса обусловлено изменением среднего потенциала древа разряда в процессе перезарядки чехла и объясняет наблюдаемую динамику переходных процессов молнии.