Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка, испытание и совместное использование диагностического оборудования для исследования параметров плазменного фокуса. Исследование динамики разряда плазмофокусных систем типа Филлипова и типа Мейзера.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.7104

Проведение поисковых исследований и получение новых знаний с использованием возможностей международной кооперации

Этапы проекта

1
07.11.2005 - 08.12.2005
Целью работы на данном этапе выполнения НИР являлся выбор направления исследований и подготовка к проведению экспериментально-теоретических исследований.
В процессе выполнения работы проведен анализ научно-технической литературы по методам диагностики рентгеновского и корпускулярного излучения, измерению распределения токов, численному моделированию динамики разряда, что позволило сформулировать основные направления исследований. Показано, что физическое обоснование наблюдаемых закономерностей в генерации излучений (как нейтронного, так и рентгеновского) при энергетике ~ 1 МДж является одной из самых актуальных задач в исследовании ПФ-систем. В связи с этим сформулирована необходимость разработки нового диагностического оборудования для исследования неоднородной, быстроменяющейся плазмы, в частности, рентгеновского поляриметра, а также численных моделей, адекватно описывающие поведение такой плазмы.
Выполнена предварительная работа с атомными базами данных, и произведен отбор атомных параметров для создания столкновительно-радиационной модели. На основе выбранных атомных данных реализовано моделирование ионизационных состояний ионов аргона. Получено распределение ионов аргона в функции электронной температуры и свечение резонансных линий гелиеподобных ионов, которые будут вводиться в плазму как диагностические присадки. Получено распределение всех ионов по степеням ионизации, начиная с нейтрального аргона. Учтено влияние диэлектронной рекомбинации и влияние процесса автоионизации. Показано, что учет автоионизации приводит к смещению максимумов распределения относительных концентраций ионов в меньшие температуры.
Разработаны модели сжатия плазмы в плазмофокусных системах, которые будут использоваться в дальнейших расчетах динамики плазмофокусного разряда и механизмов генерации нейтронов, обоснованы основные допущения. Предложен новый метод интерпретации результатов, основанный на созданных численных моделях, описывающих эти новые механизмы. Данные модели представляют из себя ионизационно-рекомбинационное описание поведения плазмы, соединенное с описанием временного поведения важнейших параметров плазмы.
Для подготовки к экспериментальным исследованиям выполнены профилактическо-ремонтные работы на следующих основных узлах и системах установки ПФ-3:
- конденсаторный накопитель;
- вакуумный кольцевой разрядник (диаметр 13 м, длина 40 м, 24 секции);
- вакуумная система;
- разрядная камера с диагностическими патрубками;
- система электропитания;
- система инициирования разряда.
Разработана общая методика проведения исследований. Методика опирается на возможности, представляемым Российско-Польским сотрудничеством в области исследования плазмофокусных систем. В основу методики положено широкое варьирование параметров эксперимента за счет использования нескольких установок, отличающихся как по конструктивным особенностям (установки типа Мейзера и типа Филиппова), так и по их параметрам (энергия источника питания, величина разрядного тока, зарядное напряжение давление и сорт газа, размеры электродной системы и др.), а также совместное использование современного диагностического оборудования.
Полученные результаты будут использованы при выполнении экспериментально-теоретических исследований на последующих этапах выполнения контракта. В частности, на следующем этапе контракта предполагается выполнение следующих экспериментально-теоретических исследований:
- Конструирование и изготовление измерительных поясов Роговского и магнитных зондов, создание калибровочного стенда и проведение калибровки.
- Проведение исследования структуры токовой оболочки на установке ПФ-3.
- Проведение измерений нейтронного излучения на установке ПФ-3 с разрешением во времени, сравнение с результатами установки PF-1000.
- Отработка методики проведения совместных экспериментов с многопроволочными лайнерами.
- Проведение экспериментов по исследованию линейчатого излучения Не
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.09.2006
Целью работы на данном этапе являлись теоретические и экспериментальные исследования параметров плазмы и динамики разряда плазмофокусных систем типа Филиппова и типа Мейзера.
Для достижения поставленной цели проведено конструирование, изготовление и калибровка измерительных поясов Роговского и магнитных зондов и выполнены исследования структуры токовой оболочки на установке ПФ-3. С целью выяснения механизма нейтронного излучения в ПФ разрядах исследовано нейтронного излучения на установке ПФ-3 с разрешением во времени и проведено сравнение с результатами аналогичных экспериментов на установке PF-1000 (Варшава).
С помощью модельных экспериментов по сжатию лайнеров на установке ПФ-3 отработана методика проведения совместных экспериментов с многопроволочными лайнерами на установке PF-1000.
Проведены эксперименты по исследованию линейчатого излучения Не-подобных ионов аргона на установке MAJA-PF (Институт Ядерных Исследований, Варшава). Разработана столкновительно-радиационную модель для описания поведения наиболее представительных переходов линейчатого спектра во времени и коды для проведения оценок температуры и плотности плазмы во времени для экспериментов, проводимых на установке MAJA-PF.
Выполнены двумерные расчеты и математическое моделирование динамики плазмофокусного разряда в МГД приближении. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными свидетельствуют об адекватности разработанной модели.
Развернуть
3
01.10.2006 - 31.10.2006
Целью работы являлось обобщение результатов исследований на предыдущих этапах, оценка полноты решения поставленных задач в сравнении с современным научно-техническим уровнем и выработка рекомендаций и технических требований для проведения совместных экспериментов как на установке ПФ-3 (исследование корпускулярных излучений) так и на установке PF-1000 (исследование структуры токовой оболочки и эксперименты с лайнерами). Эксперименты по исследованию гелиоподобных линий аргона на установке MAJA-PF показали наличие поляризации рентгеновских линий, что необходимо учитывать при оценке параметров плазмы пинча. Разработана столкновительно-радиационная модель для описания интенсивности рентгеновских линий. Показано, что наличие магнитных турбулентных полей существенно влияет на параметры плазмы в стадии максимального сжатия. Результаты численного МГД-моделирования развития перетяжки в пинче показали, что для инициирования термоядерного горения в плазменном фокусе необходимо получить максимально возможную плотность магнитной энергии около плазменного фокуса за счет сжатия плазменного фокуса до малого радиуса и достижения максимально большого тока в плазменном фокусе. Альфа частицы, которые рождаются в этой области, нагревают соседние области плазменного фокуса до термоядерных температур и тем самым могут создать волну термоядерного горения вдоль плазменного фокуса. Это является одним из эффективных способов осуществления зажигания самоподдерживающей термоядерной реакции синтеза в плазме фокуса.
Разработана конструкция магнитного зонда для проведения исследований распределения тока непосредственно в зоне компрессии токовой оболочки на установке PF-1000. Разработана методика проведения экспериментов по сжатию многопроволочных лайнеров на этой установке. Сформулированы технические требования к экспериментам по исследованию корпускулярных излучений на установке ПФ-3.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера