И.В. ВИЗГАЛОВ, К.М. ГУТОРОВ, В.А. КУРНАЕВ АВТОВОЗБУЖДЕНИЕ ГЕЛИКОННЫХ КОЛЕБАНИЙ

И.В. ВИЗГАЛОВ, К.М. ГУТОРОВ, В.А. КУРНАЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
АВТОВОЗБУЖДЕНИЕ ГЕЛИКОННЫХ КОЛЕБАНИЙ
В РЕЗОНАТОРЕ С ЗАМАГНИЧЕННОЙ ПЛАЗМОЙ
Представлена разрядная система низкого давления, основанная на автовозбуждении геликонных мод в плазмозаполненном резонаторе. В противоположность традиционным геликонным источникам плазмы, описываемая система не
нуждается в ВЧ-источнике мощности, антенне, волноводах и согласующих
устройствах. При этом сохраняются основные преимущества геликонных источников плазмы с ВЧ питанием – очень высокая плотность плазмы и высокая эффективность поглощения энергии при низком рабочем давлении.
В предыдущих работах [1, 2] было показано, что повышенная эмиссия
вторичных электронов с поверхности электрода под отрицательным потенциалом, взаимодействующего с неравновесной плазмой, может привести к развитию мощных электромагнитных колебаний в разрядном контуре. Таким образом, с развитием неустойчивостей некоторые типы разрядов низкого давления с постоянным током могут приобретать свойства
сильноточного емкостного ВЧ-разряда. Осцилляции на собственной резонансной частоте разрядного контура возникают, когда потенциал коллектора соответствует падающей части вольтамперной характеристики.
Электрод при отрицательном смещении может иметь N- образную ВАХ с
участком отрицательного дифференциального сопротивления, если коэффициент вторичной эмиссии для горячих электронов из плазмы значительно превышает единицу, а общий ток надтепловой группы электронов
достаточно велик – сравним или выше тока ионного насыщения. В предельном случае при шунтировании отрицательно смещенного электрода
большим внешним конденсатором возникает генерация на собственной
частоте резонатора, включающего плазменный канал с выраженными индуктивными свойствами и емкость приэлектродного слоя. Мгновенные
падения потенциала в приэлектродном слое и плазменном канале имеют
противоположные фазы, поэтому потенциал электрода относительно стенок камеры практически постоянен. Таким образом, автоколебания существуют только внутри разрядного объема с минимумом внешнего электромагнитного шума. Как показывает анализ, в цилиндрическом резонаторе с замагниченной плазмой происходит самовозбуждение колебаний
геликонного типа. Уникально высокая добротность и эффективность геликонных резонаторов для ВЧ-разрядных систем с внешней антенной ин-
дукционного типа было впервые обнаружено и исследовано Босвеллом
[3]. Обширные теоретические исследования геликонных источников
плазмы были сделаны Ченом [4] и Рухадзе[5].
Работа проводилась на установке ПР-2 [1, 2], геликонные колебания
возбуждались в специальном модуле, установленном с противоположного
электронной пушке торца камеры. Модуль представляет собой цилиндрический резонатор с катушками магнитного поля. Внутренний конец модуля открыт в основную камеру, внешний конец закрыт сменной пластиной
с водяным охлаждением. Для диагностики используются зонды, высокочастотные делители, токовые шунты и пояса Роговского.
Автоколебательный режим достигался после чистки аргоном и последующего образования тонкого диэлектрического слоя на поверхности
пластины, необходимого для возникновения неустойчивого контакта
плазма-поверхность с N - образной ВАХ. ППР в водороде при давлении
10-2-10-1 Па обеспечивал предварительное заполнение модуля сильнонеравновесной плазмой (1011 см-3). Спектр колебаний состоит из набора
гармоник с частотой основной гармоники ~ 50 МГц. Частота основной
гармоники не зависит от параметров внешнего фильтра на источнике постоянного тока, а меняется при изменении плотности плазмы и магнитного поля. Анализ показывает, что зависимость резонансной частоты от этих
параметров соответствует стоячей геликонной волны с модой m=0. Оценки плотности плазмы в этом режиме дают значение около 4·10 11 см-3.
Автовозбуждение стоячих волн геликонного типа может применяться
для получения интенсивных потоков плазмы с высокой степенью ионизации. Соответствующие режимы требуют только источников питания постоянного тока. ВЧ электромагнитные колебания могут быть ограничены
внутри объема резонатора. Присутствие в плазме переменных электрических полей и токов определяет повышенную энергетическую эффективность.
Список литературы
1. Vizgalov I.V., Dimitrov S.K., Chernyatjev Yu.V.// Proc. of ICPIG XX, Pisa, Italy, 1991.
Р. 683-684.
2. Vizgalov I.V., Kirnev G.S., Kurnaev V.A., Sarytchev D.V., Savjolov A.S.// Proc. of ICPIG
XXIII, Toulouse, France, Vol.II (1997) 26.
3. Boswell R.W.// Plasma Phys. Control. Fusion, 26, 1984. Р. 1147-1162.
4. Chen F.F. //Plasma Phys. Control. Fusion, 33, 1991. Р. 339-364.
5. Vavilin K.V., Rukhadze A.A., Ri M.Kh., Plaksin V.Yu. // Technical Physics, 49, 2004.
Р.691-697.
Е.И. КУЗНЕЦОВ1, Д.В. САРЫЧЕВ, Л.Н. ХИМЧЕНКО
1Московский
ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт», Москва
инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕРНИЗАЦИЯ БОЛОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ТОКАМАКА Т-10
Описывается модернизация болометрического комплекса токамака Т-10,
включающая создание систем пироэлектрических болометров и фотодиодов. Приводится обсуждение полученных результатов.
Болометрические измерения полных радиационных потерь – одна из
наиболее важных диагностик для исследования высокотемпературной
плазмы. Для болометрических измерений необходим детектор с не зависящей от длины волны чувствительностью к энергии электромагнитного
излучения в широком диапазоне (от ИК до рентгена).
На токамаке Т-10 используются два вида детекторов радиационных
потерь: детекторы AXUV (кремниевые фотодиоды) и пироэлектрические
детекторы. В ходе последних кампаний для измерения суммарных радиационных потерь использовался обзорный пироэлектрический болометр, а
профили потерь измерялись многохордовой системой фотодиодов AXUV
и сканирующим пироэлектрическим болометром.
Детекторы AXUV [1] обладают высокой чувствительностью к энергии
электромагнитного излучения и хорошим временным разрешением (до
0,1 мкс). Однако они имеют «провал» на кривой спектральной чувствительности при энергиях квантов менее 40 эВ, что затрудняет их использование в качестве абсолютного монитора радиационных потерь. Пироэлектрические детекторы отличает постоянная чувствительность к энергии
электромагнитного излучения в широком диапазоне [2]. Однако их сигнал
в сильной степени подвержен влиянию акустических (паразитный пьезоэффект) и электрических наводок, а их временное разрешение невысоко.
Исходя из этого для измерений на Т-10 необходимо использовать детекторы обоих типов [3]. Рассматриваемая модернизация состояла в разработке и изготовлении многохордовой (14 каналов) пироболометрической системы, которая позволяет получать профили мощности радиационных потерь за один импульс токамака. Также дополнительно установлена 16-канальная система детекторов AXUV в сечении токамака, удаленном от положения имеющейся системы AXUVов. Это позволит изучать тороидальную структуру быстрых возмущений излучения плазмы.
В докладе приводятся профили радиационных потерь, измеренные детекторами двух типов, а также пример регистрации детекторами AXUV
быстрого возмущения излучения плазмы.
Показано, что различие профилей с пироэлектрических детекторов и
детекторов AXUV может быть объяснено потерями, связанными с
нейтральными частицами, и пониженной чувствительностью детекторов
AXUV в области низких энергий квантов. При учете этих факторов профили с двух диагностик хорошо согласуются.
Список литературы
1. B J Peterson, A Yu Kostrioukov, N Ashikawa et al. Bolometer diagnostics for one- and twodimensional measurements of radiated power on the Large Helical Device// Plasma Phys. Control.
Fusion 45 (2003) 1167–1182.
2. Вертипорох А.Н., Лукьянов С.Ю., Максимов Ю.С. Радиационные потери на установке
Т-10// Физика плазмы, 1980. Т.6. № 1. С. 14-21.
3. Д.В. Сарычев, Л.Н. Химченко. Диагностика радиационных потерь на токамаке Т-10//
В сб. докладов 11-й Всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной
плазмы 13-18 июня 2005 г., Троицк. С. 75-76.