ПРОЦЕССЫ С ОБОСТРЕНИЕМ И ОБРАЗОВАНИЕ САМОПОДОБНЫХ ПЛАЗМЕННО-ПОЛЕВЫХ СТРУКТУР В СПЛОШНОЙ СРЕДЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ

April 27, 2012 by admin Комментировать »

Адаменко С. В. Лаборатория электродинамических исследований «Протон-21» Довженко 14, Киев, Украина, тел./факс: 38 – 044-2416763, e-mail:enr30@enran. com.ua Пащенко А. В., Шаповал И. Н. ННЦ Харьковский Физико-Технический Институт (ННЦХФТИ) Харьков-61108, Украина, тел./факс: 0572-352598, e-mail:shiva@vl.kharkov.ua Новиков В. Е. НТЦ «Электрофизической обработки» НАНУ а. я. 61002, Харьков, Украина, e-mail: nve@vl.kharkov.ua

Аннотация – Проанализированы режимы с обострением для гидродинамических течений твердотельной плазмы, возникающие под воздействием импульсных концентрированных потоков энергии на ее поверхность. Показано, что при выполнении некоторых условий на потоки электронов и ионов в системе уравнений Максвелла и уравнений среды, в гидродинамическом и кинетическом приближениях, возникают квазистационарные, самоподобные плазменнополевые структуры с пространственным масштабом, уменьшающимся от периферии к центру. Такое дробление масштабов приводит к существенному увеличению поля.

I.  Введение

Плазменно-полевые структуры возникают при воздействии мощных источников энергии на макроскопические плазменные объекты. Примерами подобных физических объектов являются: плазменный фокус, пинчевые плазменные образования, структуры в плазменных размыкателях, многосолитонные образования в плазме и т. д. При рассмотрении макроскопических потоков в таких системах существенны нелинейные явления, возможны процессы с обострением.

Целью нашей работы является изучение некоторых новых возможностей получения экстремально высоких полей в плазме, которые возникают в результате развития нелинейных процессов.

Нелинейными процессами, приводящими при импульсном воздействии на сплошные среды теоретически к неограниченному изэнтропическому росту плотности среды и возникновению состояний твердотельной плазмы с экстремальными значениями параметров, являются процессы с обострением [1] и процессы образования нелинейных структур [2]. При образовании структур в плазме существенную роль играют электродинамические процессы.

Основной смысл режимов с обострением заключается в том, что поступление энергии и вещества в систему происходит быстрее, чем их диссипация. В результате происходит концентрация энергии и вещества. Для анализа процессов с обострением в плазме необходимо совместно с эволюцией термодинамических параметров (таких, как плотность энергии и вещества) рассматривать и эволюцию электродинамических параметров (например, потенциалов полей). При определенных в работе условиях, режимы с обострением приводят к возникновению плазменнополевых структур, составленных из виртуальных катодов и анодов с пространственным масштабом, уменьшающимся от периферии к центру или оси системы [2, 3]. Такое дробление масштабов приводит к существенному увеличению поля. Эффекты, связанные с возникновением структур виртуальных электродов, были зарегистрированы в работах по электростатическому удержанию плазмы [4, 5].

Физические процессы, сопровождающиеся режимами с обострением и дроблением масштабов, могут быть реализованы в диодах с тонкими электродами

[6]     .      Экспериментальные исследования экстремальных параметров среды, возникающих в аноде при импульсном воздействии релятивистского электронного пучка (РЭП) на поверхность анода, изложены в

[7]     .      В настоящей работе теоретически рассмотрены физические процессы в цилиндрическом аноде диода при приложении к его катод-анодному промежутку высоковольтного импульсного напряжения наносе- кундной длительности.

В работе рассмотрена структура полей и плотностей в приосевой области для систем с цилиндрической и сферической симметриями с помощью метода анализа структуры полей и плотностей заряженных частиц, который развит в работе [2].

II.  Эволюция плотности вещества анода при воздействии на его поверхность электронного импульсного пучка

При повышении тока в системе происходит фокусировка пучка и стягивание его к оси. Действие процессов абляции приводит к большому давлению на поверхности мишени и, в результате, к режимам с обострением. Развитие этих процессов с учетом уравнения состояния Томаса-Ферми-Дирака приводит, в конце концов, к образованию [8] в металле электронно-ядерной плазмы.

Для структуры полей в плазменно-пучковых системах существенным являются особенности совместной динамики электронных и ионных потоков. Будем рассматривать область, занятую плазмой, образовавшейся в центре анода, с потоками электронов и ионов. Рассмотрим ионный пучок с тепловой компонентой и электронный пучок без температурных добавок. Квазистационарные состояния плазмы описываются системой уравнений, состоящей в гидродинамическом приближении из уравнений непрерывности и уравнения движения для электронов и ионов. Эти уравнения движения, при рассмотрении только радиальных движений, можно один раз проинтегрировать и получить уравнения сохранения энергии:

Система замыкается уравнением для полей в виде уравнения Пуассона: где

,-электронный и ионный ток, 1а

длина анода. Решение уравнение изображено на Рис. 1. Структура виртуальных электродов обладает свойствами подобия.

Рис.1. Фрактальная структура электрического поля в относительных единицах в сферической области плазмы с виртуальными электродами.

Fig. 1. Fractal structure of the electric fields, expressed

in the relative units in the plasma spherical region with virtual electrodes

III. Заключение

Таким образом, в результате воздействия на поверхность металла импульсного концентрированного потока энергии в режимах с обострением может образоваться плазменно-полевая структура с экстремальными параметрами. Плотность и электрическое поле в тонких слоях структуры на 2-3 порядка превышают значения параметров, при которых возникает структура. Когерентное воздействие повышения плотности и поля в этих слоях вызывает в них существенную экранировку кулоновского поля ядер металла. Эти эффекты могут приводить к существенному увеличению скорости реакций в плотной элек- трон-ядерной плазме.

IV. Список литературы

1.   Самарский А. А., Галактионов В. А., Курдюмов С. П., Михайлов А. П., Режимы с обострением в задачах для квазилинейных параболических уравнений. – М.: Наука.1987. -480 с.

2.   Пащенко А. В., Руткевич Б. Н., Стационарные электронные и ионные потоки в короткозамкнутом диоде. // ВАНТ, вып. 1(5), 1976 г.

3.   Смирнов В. М. О медленных колебаниях потенциала в ионно-электронных потоках вблизи эмиттера, ПМТФ, 1966, № 1, с.8.

4.   Лаврентьев О. А. Исследование электромагнитной ловушки. – В кн.: Магнитные ловушки, Киев, «Наукова Думка», 1968, с. 77.

5.   Отчет 1967 г. по проекту «FUSOR» ITT Farnsworth Research Corporation.

6.   Адаменко С. В., Стратиенко В. А., Пащенко А. В., Новиков В. Е., Шаповал И. Н. и др. Исследование транспортировки электронных пучков через диэлектрические капилляры. Труды 8-я Межд. Конф. КрыМиКо’1998, Севастополь, Украина, 1998.

7.   Адаменко С. В. Концепция коллапса вещества. Академ- периодика, 2004.

8.   FortovV., Yacubov I.//Physics of Nonideal Plasma. New York: Hemisphere Publishing, 1990.

THE PROCESSES OF BLOWUP AND FORMATION OF SELF-SIMILAR PLASMA- FIELD STRUCTURES IN THE CONTINUUM MEDIUM UNDER INFLUENCE OF THE CONCENTRATED STREAMS OF ENERGY

Adamenko S. V.

Electrodynamic Laboratory «Proton-21», Kyiv, Ukraine, phone/fax: 38- 044-2416763, e-mail :enr30@enran.com. ua

Novikov V. E.

Science & Technology Center of Electrophysics, NASU P. O. Box 8812, Kharkov 61002, Ukraine e-mail: nve@vl.kharkov.ua Paschenko A. V., Shapoval I. M.

NSC «Kharkov Institute of Physics and Technology»

1 Academicheskaja St., Kharkov 61108, Ukraine

Abstract – The plasma-field structures arise under the effect of pulsed energy sources onto the surface of condensed media. As pulsed sources, in the experiments carried out at «Proton- 21» Electrodynamic Laboratory, we used relativistic electron beam with currents higher than 10OkA. Those REB beams were generated in high-current diodes. As a result of the experiments, we have recorded regions in the anode with the extreme parameters. The densities in those regions exceeded by several orders of magnitude the densities in the metals, with their temperature being on the order of several keV.

I.  Introduction

Under the effect of high-current beams on the anode, a fast plasma creation takes place throughout the plasma volume, producing energy flows and those of matter from periphery to axis. While considering the macroscopic flows in these systems, the non-linear phenomena and peaking processes come into the foreground.

II.  Main part

Our paper is aimed to study some novel possibilities of the production of extreme fields in plasmas that come into being in the conducting medium, resulting from the non-linear process maturity.

Among the non-linear processes that bring about the plasma extreme parameters, the major ones are those that involve the peaking for the thermodynamic plasma parameters and emergence of the non-linear structures. In the course of structure creation in the plasmas, it is the electrodynamic processes that play the major role.

If the incoming energy and matter processes into the system occur faster than their dissipation, then, we witness the concentration of energy and matter. A non-linear wave of electron density comes along that steepens during its travel and falls back onto itself.

While fulfilling certain conditions on the electron and ion flows, in the sets of the Maxwell equations and characteristic equations with the cylindrical and spherical symmetries, there occur the quasi-stationary fractal plasma field structures with the spatial scale tapering from periphery to center (Fig. 1).

III.  Conclusion

Coherent influence of increase of density and field in these layers causes in the essential screening of coulomb fields of nucleus at the metal. These effects can result in essential increase in speed of reactions in dense electron-nuclear plasma.

Such fragmentation of the scales leads to a drastic enhancement (by 3 or 4 orders of magnitude) of the electric field and emergence of the extreme states of the matter that agree with the states, obtained in the experiments.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты