Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году изучались зависимости параметров колебаний электромагнитного поля и потоковых скоростей от радиального электрического поля и магнитной конфигурации системы. Обнаружено, что частота колебаний совпадает с частотой вращения плазмы в скрещенных полях при электрических полях при E_r не больше, чем 4 В/см. Амплитуда колебаний увеличивается с ростом E_r и достигает максимума при E_r равном 16 В/см. При данном значении радиального электрического поля продольная скорость максимумов магнитного поля, а значит и запертых частиц, совпадает с ионной тепловой. Колебания при комбинации винтовой и осесимметричной многопробочной конфигурации близки по параметрам к колебаниям в винтовом конфигурации при R_mm равном 1.05, 1.1. При режиме с R_mm равном 1.15 наблюдается снижение амплитуды колебаний в 3 раза, которое сопровождается снижением диамагнитизма более чем в 2 раза и увеличением потоковой скорости направленной в сторону выходного расширителя. Как и в ранее представленных экспериментальных данных, в режиме с винтовым полем наблюдалось снижение потоковой скорости плазмы в транспортной секции. Экспериментально наблюдаемым фактом является то, что добавки небольшой осесимметричной многопробочной гофрировки не приводит к сильным изменениям потоковой скорости плазмы. Подавление скорости происходит лишь за счет включения винтового поля. При увеличения осесимметричной гофрировки разница между режимом с винтовым полем и без него сокращается. Исходя из перечисленных фактов можно сделать вывод, что добавление осесимметричной гофрировки приводит к нарушению условий для передачи энергии к волнам, участвующим в рассеянии пролётных ионов, что может ухудшать условия для подавления продольного потока плазмы. Было проведено сравнение подавления потоковых скоростей в винтовом поле с расчетным значением для классической многопробочной ловушки. Экспериментально наблюдается, что подавление истекающего потока при уровне гофрировки винтового поля R=1,25 советует режиму удержания в осесимметричном многопробочном поле при гофрировке R=1,43. Это свидетельствует о том, что при заданном количестве периодов гофрировки N=12 в винтовом поле плазма удерживается лучше, чем в осесимметричном многопробочном. Снижение скорости течения плазмы наблюдается и в слабостолкновительном режи Проводились теоретические исследования глобальных акустических мод (ГАМ) в многопробочных конфигурациях с винтовой симметрией магнитного поля. В результате получена система линейных уравнений, описывающих электростатические колебания в данной системе. Численно построены зависимости частоты колебаний от невозмущенной скорости плазмы. Проведено моделирование бесстолкновительного движения ионов в винтовой магнитной пробке с данными колебаниями. Обнаружено, что колебания слабо влияют на движение пролетных ионов, но могут обмениваться энергией с ионами, запертыми в винтовой гофрировке поля ловушки. Расчеты показали незначительное (на уровне 5%) падение доли теряемых через винтовую пробку частиц при модуляции потенциала контактирующих с плазмой электродов. Низкая эффективность, судя по всему, связана с тем, что колебания потенциала заметно меняют траектории только у запертых ионов, перехода ионов из пролетных в запертые не наблюдается. Была построена модель вращения плазмы, описывающая изменение угловой скорости вращения вдоль ловушки. Модель описывает твердотельное вращение цилиндрического плазменного столба в области r <= a. В области больших радиусов скорость вращение убывает. Продольный поток момента импульса балансируется моментом силы Ампера и моментом силы трения с залимитерной плазмой. Граничные условия на потенциал формируются при учете электрического контакта разряда с катодом и плазмоприёмником под приложенным потенциалом. Вблизи катода расположен источник плазмы, а на плазмоприёмнике — сток. При r = a плазма контактирует с SOL (залимитерной) плазмой. Плазма SOL сама находится в контакте с анодом, лимитерами и защитой лимитеров. Установлено, что сглаженный профиль Ω(r) в зоне сшивки r ≈ a удовлетворяет необходимому условию неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. Данный результат согласуется с экспериментальными данными, полученными в рамках работ по проекту. В них было установлено, что эта область является источником колебаний. Была испытана катодная сборка с контрагированным разрядом. Разработанная версия катодного узла включает в себя полый катод с вольфрамовой спиралью в качестве эмиттера электронов. Корпус состоит из тантала и экранируется от теплового потока из катодного объема несколькими слоями молибденовой фольги. Внутри катода установлен поджиговый электрод для генерации первичной плазмы. Для снижения газовой нагрузки на вакуумную систему, газ подавался напрямую внутрь катодной сборки. Для сравнения эффективности работы модифицированной катодной сборки с предыдущим вариантом на основе плоского катода из гексаборида лантана были проведены эксперименты, заключавшиеся в импульсной подаче газа и регистрации параметров плазмы при различных условиях питания пушки. Удалось получить плазму с плотностью n = 0.8*10^18 м^-3. Сборка с новым катодом показывает возможность выноса потенциала в плазму, что позволяет регулировать режим вращения. Более низкая газовая эффективность новой сборки делает оптимальным выбором для создания вращающейся плазмы плоскую катодную сборка на основе гексаборида лантана. Полученные результаты указывают на перспективность новой катодной сборки с полым катодом при условии решении задач, связанных с поступлением нейтрального газа в объем установки и стационарностью газовых условий.