Существует ряд плазмодинамических систем, в основе которых лежит скользящий по поверхности диэлектрика разряд, который вызывает его эрозию (точнее, "абляцию") и таким образом создает плазму, обеспечивающих саму возможность разряда. Отметим два семейства таких плазмодинамических систем. В первое семейство включим импульсные эрозионные плазменные ускорители и магнитоплазменные ком- прессоры, в которых сила Ампера ускоряет плазму. Три варианта таких систем изображены на рис. 7.4.2. Первый из них, "пуговичный источник" (рис. 7.4.2а), американского физика У. Бостика A952). Он представляет собой цилиндрик из оргстекла диаметром ~1,5 см, в котором были вставлены два насыщенные водородом титановых стержня-электрода, подключенные к внешней цепи, содержащей емкость и разрядник (ключ). "Пуговица" помещалась в вакуумную камеру. При замыкании цепи развивался поверхностный разряд длительностью ^0,5 мкс, который вызывал десорбцию водорода из стержней и испарение оргстекла. Под действием амперовой силы, обязанной собственному магнитному полю разряда, плазменное образование 1) Здесь речь идет о сравнительно небольших лабораторных моделях токамаков 7.4. Примеры пограничных процессов с участием тяжелых частиц 387 3. 2 3 4 Рис. 7.4.2. Схемы эрозионных ускорителей и ком- прессоров (МПК): а — механизм образования плаз- менного сгустка тороидальной конфигурации в пуш- ке Бостика; б — импульсный эрозионный плазмен- ный двигатель для космического аппарата LES-6: 1 — электроды; 2 — поджиг разряда, 3 — пру- жина, перемещающая эродируемый изолятор D) по мере эрозии, 5 — разряд; в — расчётная структура эрозионного МПК в газе: 1, 2 — электроды, 3 — ^плазмообразующий диэлектрик (фторопласт), 4 — поток плазмы, 5 — зона компрессии; б — коническая ударная волна, 7 — зона ударно-сжатого газа, 8 — контактная граница, 9 — зона турбулентного переме- шивания. Разряд в гелии, р = 2 • 10~2 кг/м3, Jmax = = 0.24 MA, Т/2 = 28 мкс, момент времени t = Т/А. Излучательная способность ~ 1010Вт/м3 ([49], том III, раздел 9) в начальный момент, напоминало Z-пинч, затем вытягивалось и к концу разряда отрывалось в виде тороида. Бостик назвал эти тороиды, летевшие со скоростями измеряемыми многими десяткам км/с, "плазмоидами" [178]. На рис. 7.4.26 изобра- жена схема плазменного эрозионного двигателя для легких космических аппаратов (см. раздел 10.4), служащий для коррекции их траектории. Он представляет собой рельсотрон, плазма в который поступает благодаря испарению изолятора. Под дей- ствием потока тепла от разряда образующаяся плазма ускоряется газокинетическим давлением и амперной силой. Скорости истечения в зависимости от условий лежат в широких пределах от ~10 км/с до ^100 км/с. Энерговклад в одиночный импульс для двигателей ^1 — 100 Дж. Рабочими веществами для этих двигателей часто служит тефлон. Несмотря не простоту схемы эрозионного двигателя сегодня нет ак- 13* 388 Гл. 7. Взаимодействие плазмы с поверхностями твёрдых тел куратной количественной теории таких систем. Это объясняется не только сложным химизмом перехода от твёрдого диэлектрика к плазме из относительно простых ча- стиц, но и большой ролью неоднородностей формирующихся на поверхность тефлона, поскольку разряд лишен симметрии и носит вид стримеров. Поэтому надежны только экспериментально снятые характеристики двигателей. Двигатель LFS-6 удерживал спутник связи в определенном месте геостационарной орбиты в течение многих лет (см. также [178]). Наконец, на рис. 7.4.2в изображен эрозионный магнито-плазменный компрессор (МПК). В отличие от только что рассмотренного двигателя с малым энерговкладом, этот МПК — квазистационарное сильноточное устройство, разрядные токи в котором достигают сотне кА при напряжении Up ~ A —10) кВ. Характерная длительность импульсов здесь ~ 1 мс, а диаметр канала ~ 10 см. Эрозионные МПК в настоящее время разра- батываются преимущественно как мощные источ- ники некогерентного излучения. Главным излуча- телем здесь является область компрессии, кото- рая при указанных параметрах разряда излучает почти как черное тело с температурой Т ~ C- 5)эВ. МПК является весьма эффективным пре- образователем электрической энергии в световую (точнее, в ультрафиолетовое излучение). Поверх- ностная мощность излучения ~ 3 • 107 Вт/см2. Из подведенной к МПК энергии в излучение ухо- дит — в указанном диапазоне, до 70%. Эрозия изолятора идет под действием излучения разряда. В описанных системах сила Ампера ускоря- ла плазму, образующуюся в результате эрозии. Однако существует ряд плазмодинамических си- стем, в которых сила Ампера прижимает разряд к диэлектрику (рис. 7.4.3). Эти "прижатые" разряды, импульсные и сильноточные, представляют также интерес как источники излучения большой мощности. Их до- стоинством является большая устойчивость плазменной конфигурации. Заканчивая этот краткий обзор специфических пограничных плазменных слоев на диэлектриках, подчеркнем, что здесь, как и в случае рециклинга, имеет место поток частиц на диэлектрик из основного плазменного объёма (это особенно проявляется на маломощных разрядах), но, кроме того, может быть велика и роль излучения, которые вызывают испарение стенки в мощных разрядах.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Разряды, скользящие по поверхности диэлектрика» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
