В большинстве плазменных систем около стенок наблюдает- ся "рециклинг". Суть этого явления во многих случаях предельно проста и сводится к следующей схеме (рис. 7.4.1а). iv « Температура \ Область ионизации | и перезарядки быстрых нейтральных частиц Т^ Область ионизации и перезарядки I медленных нейтральных частиц Плотность ионов Медленные нейтральные частицы Быстрые I / х нейтральные) Рис. 7.4.1. Рециклинг: Принципиальная схема рециклинга (нейтральный атом заштрихован) (а); модель рециклинга в магнитном термоядерном реакторе по А. Д. Сахарову (б) Поток ионов из плазменного объёма падает на стенку, там в существенной сте- пени нейтрализуется, и в виде нейтралов возвращается в плазменный объём. Здесь он снова ионизуется, преимущественно благодаря перезарядке, и под действием положительного потенциала объёма плазмы (по отношению к стенке), снова начинает двигаться к стенке и т. д. Рециклинг — весьма распространенный процесс, появление которого почти неиз- бежно при наличии плазменного объёма и стенки. Он имеет место и в приэлектрод- ных зонах обычных газовых разрядах и вблизи "пассивных" стенок, как, например, в положительном столбе тлеющего разряда и в термоядерных ловушках. Толщина зоны рециклинга порядка длины свободного пробега нейтралом до перезарядки. При этом может быть и так, что эта длина порядка размеров сосуда. Не входя в детали расчётов процессов рециклинга, хотя бы по причине их многообразия, приведем рисунок из первой статьи А. Д. Сахарова, посвященного проблеме УТС (рис. 7.4.16). Здесь изображены распределения параметров плазмы 13 А. И. Морозов 386 Гл. 7. Взаимодействие плазмы с поверхностями твёрдых тел вблизи стенки МТР — "магнитно-термоядерного реактора". Лежащие в основе этого рисунка расчёты рециклинга были выполнены совместно И.Е. Таммом и А. Д. Са- харовым [23], T.I. Однако, как показали позднейшие эксперименты, в токамаках процессы рециклинга оказываются несравненно сложнее. Они разворачиваются не только в пространстве, но и во времени. Вот как описывает наблюдаемую ситуацию в своем фундаментальном обзоре физики токамаков СВ. Мирнов [174]. "...Основное назначение разрядной камеры токамака — создание тороидального вакуумного объёма, необходимого при организации плазменного шнура. Предвари- тельным этапом такой организации можно считать процедуру вакуумной очистки стенок камеры и откачку ее до остаточного давления A0~7—10~9) мм рт. ст. Следую- щая операция — наполнение камеры до давления A0~4—10~3) мм рт.ст. спектрально чистым водородом. Далее включают тороидальное магнитное поле Bq, затем индукционное элек- трическое и управляющее поперечное Ву. Включение электрического поля Ее C- ЗОВ/м) вызывает разряд в водороде.. .После завершения ионизации в плазменном объёме остается всего лишь 20-40% ионов от начального числа атомов 0, нахо- дившихся в камере, т. е. напущенный водород в основном связывается на ее стен- ках...Связь эта непрочная. Как показывают измерения интенсивности спектральных линий водорода, значительный поток его медленно возвращается со стенки в шнур на протяжении всего разряда... После окончания разряда ионы водорода, оказавшиеся на стенке, рекомбинируют и большей частью возвращаются в объём камеры. Если стенка изготовлена из нержавеющей стали, возвращение происходит в два этапа. Первая, меньшая порция возвращается сравнительно быстро (~ 0, 1с), а большая медленно, за несколько часов." Мы привели этот фрагмент, чтобы подчеркнуть нетривиальность взаимодействия плазмы и стенки. Но этим дело не ограничивается. Если энергия ионов в ловушке велика (> 100эВ), то, попадая на стенку, ионы водорода могут выбивать из нее тяжелые частицы, которые после многократной ионизации резко увеличивают интен- сивность тормозного излучения (~ z2) и способствуют существенному охлаждению плазмы. Но и этим многообразие процессов не стенке токамаков не ограничивается. Наблюдаются блистеринг (см. п. 7.2.3) и зажигание "униполярных дуг".
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Рециклинг» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
