НАГРЕ́В ПЛА́ЗМЫ

НАГРЕ́В ПЛА́ЗМЫ, ввод в плаз­му энер­гии от внеш­них ис­точ­ни­ков, не­об­хо­ди­мый для дос­ти­же­ния и под­дер­жа­ния оп­ре­де­лён­ной темп-ры плаз­мы, напр. с це­лью осу­ще­ст­в­ле­ния управ­ляе­мо­го тер­мо­ядер­но­го син­те­за. Су­ще­ст­ву­ет неск. ме­то­дов Н. п.: оми­че­ский (т. н. джо­улев) на­грев, на­грев с по­мо­щью вы­со­ко­час­тот­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля, пуч­ков час­тиц и др.

В ла­бо­ра­тор­ных ус­ло­ви­ях ши­ро­ко при­ме­ня­ют джо­улев Н. п.: про­пус­ка­ние че­рез плаз­му элек­трич. то­ка пу­тём при­кла­ды­ва­ния на­пря­же­ния. При этом элек­тро­ны плаз­мы бы­ст­ро на­би­ра­ют ско­рость и пе­ре­да­ют на­бран­ную из­бы­точ­ную энер­гию те­п­ло­вым элек­тро­нам и ио­нам при со­уда­ре­ни­ях с ни­ми. Джо­улев Н. п. час­то ис­поль­зу­ет­ся в пря­мо­точ­ных раз­ря­дах ($Z$-пинч) и то­рои­даль­ных плаз­мен­ных ус­та­нов­ках (стел­ла­ра­то­рах и то­ка­ма­ках). По­сколь­ку про­во­ди­мость пол­но­стью ио­ни­зо­ван­ной плаз­мы про­пор­цио­наль­на $T^{3/2}$, где $T$ – элек­трон­ная темп-ра плаз­мы, то при вы­со­ких темп-рах (в то­ка­ма­ках на­чи­ная при­мер­но с 1 кэВ; 10⁷ К) джо­улев Н. п. ста­но­вит­ся не­эф­фек­тив­ным. По­пыт­ки уве­ли­чить Н. п. при­кла­ды­ва­ни­ем боль­ших на­пря­же­ний при­во­дят к ге­не­ра­ции ма­лой груп­пы сла­бо­столк­но­ви­тель­ных (т. н. убе­гаю­щих) элек­тро­нов, спо­соб­ных по­ро­ж­дать разл. не­ус­той­чи­во­сти. Вслед­ст­вие это­го при­ме­ня­ют­ся др. ме­то­ды Н. п. с ис­поль­зо­ва­ни­ем по­то­ков волн и час­тиц.

Весь­ма эф­фек­тив­ны ме­то­ды ион­но-цик­ло­трон­но­го и элек­трон­но-цик­ло­трон­но­го ре­зо­нанс­но­го Н. п. в маг­нит­ном по­ле, ко­гда час­то­та вол­ны сов­па­да­ет с час­то­той лар­мо­ров­ско­го вра­ще­ния ио­нов/элек­т­ро­нов плаз­мы. Ре­зо­нанс­ные час­ти­цы бы­ст­ро на­би­ра­ют энер­гию от вол­ны, а столк­но­ве­ния этих час­тиц с те­п­ло­вы­ми тер­ма­ли­зу­ют на­бран­ную энер­гию (в то­ка­ма­ках и стел­ла­ра­то­рах дос­тиг­ну­ты темп-ры ок. 15 кэВ).

Для Н. п. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся ме­тод ин­жек­ции пуч­ков ней­траль­ных ато­мов с энер­гия­ми до 350 кэВ (по­ряд­ка 1 МэВ в тeрмоядерном ре­ак­то­ре). По­сле ио­ни­за­ции ато­мов в плаз­ме ио­ны пуч­ка за­хва­ты­ва­ют­ся маг­нит­ным по­лем и тор­мо­зят­ся на ио­нах и элек­тро­нах плаз­мы, на­гре­вая её. По­сколь­ку функ­ция рас­пре­де­ле­ния ио­нов пуч­ка силь­но от­ли­ча­ет­ся от мак­свел­лов­ской в те­че­ние вре­ме­ни ре­лак­са­ции (в ре­ак­то­ре по­ряд­ка не­сколь­ких се­кунд), то воз­мож­на рас­кач­ка не­ус­той­чи­во­стей та­ким пуч­ком, осо­бен­но ес­ли ско­рость ио­нов ин­жек­ти­руе­мо­го пуч­ка по­ряд­ка аль­ве­нов­ской. Не­ус­той­чи­во­сти мо­гут при­во­дить к ано­маль­но­му (не­столк­но­ви­тель­но­му) вы­но­су энер­гич­ных ио­нов из плаз­мы за вре­мя, мень­шее вре­ме­ни ре­лак­са­ции, и эф­фeк­тивость Н. п. умень­ша­ет­ся.

Ино­гда для Н. п. при­ме­ня­ют так­же мощ­ные ме­га­вольт­ные ко­рот­ко­им­пульс­ные пуч­ки элек­тро­нов, ин­жек­ти­ро­ван­ные в мно­го­про­боч­ные маг­нит­ные ло­вуш­ки, с ис­поль­зо­ва­ни­ем ано­маль­ной ре­лак­са­ции элек­тро­нов на раз­ви­ваю­щих­ся не­ус­той­чи­во­стях плаз­мы.

Н. п. час­то со­про­во­ж­да­ет­ся ге­не­ра­ци­ей то­ка в плаз­ме, влияю­ще­го на её ста­би­ли­за­цию. Эф­фек­тив­ность ге­не­ра­ции то­ка осо­бен­но ве­ли­ка при т. н. ниж­не­гиб­рид­ном Н. п. вол­на­ми в диа­па­зо­не час­тот ме­ж­ду ион­ной и элек­трон­ной цик­ло­трон­ны­ми час­то­та­ми.

Су­ще­ст­ву­ют не­пря­мые ме­то­ды Н. п. за счёт её сжа­тия лай­не­ром (ме­тал­лич. то­ко­про­во­дя­щей обо­лоч­кой) при про­те­ка­нии по не­му очень боль­шо­го то­ка или не­по­сред­ст­вен­но­го сжа­тия плаз­мен­ной ми­ше­ни рент­ге­нов­ским из­лу­че­ни­ем, воз­ни­каю­щим по­сле кон­вер­сии пер­вич­но­го мощ­но­го ла­зер­но­го из­лу­че­ния, а так­же за счёт аб­ля­ции. Эти ме­то­ды при­ме­ня­ют для на­гре­ва плот­ной плаз­мы при инер­ци­аль­ном удер­жа­нии плаз­мы, в т. ч. для ла­зер­но­го тер­мо­ядер­но­го син­те­за.