А. Плазменные ускорители с собственным магнитным полем

Импульсные электродные ускорители (пушки). Первым П. у. был " рельсотрон" (рис. 4, а), питаемый конденсаторной батареей. Плазменный сгусток создаётся при пропускании большого тока через тонкую проволоку, натянутую между рельсами, которая при этом испаряется и ионизуется, или за счёт ионизации газа, впрыскиваемого в межэлектродный промежуток через спец. клапан. При разряде на ток в плазменной перемычке (достигающий десятков и сотен ка) действует собств. магнитное поле электрич. контура, в результате чего за время порядка 1 мксеки происходит ускорение сгустка. Позднее импульсным ускорителям был придан вид коаксиальной системы (рис. 4, б). В этом случае ускорение сгустка плазмы происходит под действием силы Ампера F_Амп, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей тока j_r с азимутальным собств. магнитным полем Н_ф. Такие П. у. уже нашли широкое применение и позволяют получать сгустки со скоростями до 10⁸ см/сек и общим числом частиц до 10¹⁸.

Рис. 4. а- схема " рельсотрона": npельсы; П - плазменная перемычка; С - ёмкость; К - ключ; 6 - схема коаксиального импульсного плазменного ускорителя. Быстродействующий клапан БК подаёт газ в зазор между внутренним ВЭ и наружным НЭ электродами (ДВ - диэлектрическая вставка между электродами). После замыкания ключа К в цепи возникает ток. который ионизует газ.

Стационарные сильноточные торцевые ускорители. В принципе коаксиальный ускоритель можно сделать стационарным (работающим в непрерывном режиме), если непрерывно подавать в зазор между электродами рабочее вещество (ионизуемый газ). Однако вследствие Холла эффекта при стационарном разряде в ускорителе электрич. ток имеет значит. продольную составляющую. Благодаря этому происходит " отжатие" плазмы к катоду, образование прианодных скачков потенциала и т. п., что ведёт к резкому уменьшению кпд. В связи с этим более эффективной оказывается " торцевая" схема (рис. 5, а) с коротким катодом, через к-рый одновременно подаётся рабочее вещество. Ускорение плазмы в торцевом П. у. происходит также в основном за счёт силы Ампера, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей j_r тока j с азимутальным магнитным полем Н_ф. Если при постоянной подаче рабочего вещества непрерывно увеличивать разрядный ток I_p, то сначала скорость истечения плазмы и кпд ускорителя будут расти. Однако при нек-ром значении I_p происходит вынос большой части разрядного тока за срез ускорителя, резко возрастает напряжение и падает кпд, в ускорителе возникают колебания. Наступает т. н. критич. режим. Его физич. причиной является, по-видимому, пинч-эффект, в результате к-рого плазменный шнур отрывается от анода.

На нормально работающих торцевых ускорителях с собств. магнитным полем при разрядных токах ок. 10⁴ а удаётся получать стационарные потоки плазмы со скоростями ~ 100 км/сек и характерными расходами рабочего вещества ~0, 01-0, 1 г/сек. При этом напряжение на разряде составляет ок. 50 в.

Описанный торцевой ускоритель становится неработоспособным не только при больших, но и при малых разрядных токах I р, поскольку сила Ампера пропорциональна Pp. Поэтому при Iр< 1000 а роль силы Ампера в реальных условиях становится меньше, чем газокинетич. давление, и торцевой П. у. превращается в обычный плазматрон. Чтобы увеличить эффективность торцевого ускорителя при малых мощностях, в рабочем канале создают внешнее магнитное поле (рис. 5, б). Получающийся ускоритель наз. торцевым холловским ускорителем, или магнито-плазменным ускорителем. Он позволяет получать потоки плазмы со скоростями в десятки км/сек при мощности > =10 квт. Замечат. особенность торцевых ускорителей - способность создавать потоки частиц с энергией, в неск. раз превосходящей приложенную разность потенциалов. На языке динамики частиц это объясняется увлечением ионов за счёт столкновений с электронным потоком, идущим из катода (" электронным ветром").

Рис. 5. а - схема торцевого плазменного ускорителя: ДВ-диэлектрическая вставка; 6 - схема торцевого магнито-плазменного ускорителя: ДВ - диэлектрическая вставка; КМП - катушка магнитного поля; РВ -рабочее вещество.