ПЛАЗМОВИЙ ФОКУС - нестаціонарний згусток щільної високотемпературної дейтерієвої плазми, що є локалізується. джерелом нейтронів і жорстких випромінювань; так само називають і електророзрядними установку, в якій виходить ця плазма. П. ф. відноситься до розряду Пінчем (див. Пііч-ефект); утворюється в області акумуляції струмового оболонки на осі газорозрядної камери спец. конструкції, внаслідок чого, на відміну від z -пінча, набуває нециліндричну (зазвичай лійкоподібну) форму. Завдяки цьому вдається різко підвищити щільність енергії в плазмі (ефект фокусування) і стимулювати ряд процесів, що призводять до генерації потужних імпульсів жорстких випромінювань [1]. У 90-і рр. термоядерний ккд П. ф. досягає 0,1% від енергії, запасеної в джерелі живлення (в перерахунку на дейтерій-тритиевую суміш), потужність нейтронного випромінювання ~ 1021 н / с, жорсткого і м'якого рентгена. випромінювання ~ 1010 Дж / с і 1011 Дж / с відповідно. Малі розміри випромінюючої області (0,01 - 3 см), відносить. компактність і дешевизна конструкції роблять це джерело одним з наиб. перспективних.
П. ф. був відкритий Н. В. Філіпповим в 1954 [2] в процесі вивчення z -пінчей в плоскій металеві. камері (рис. 1, зліва), а потім аналогічні явища спостерігалися Дж. Мейзер в 1961 [3] в коаксіальних плазмових інжекторах (рис. 1, справа). Як видно з рис., Установка, за допомогою к-рій спостерігається П. ф., Складається з джерела імпульсного харчування 1 (зазвичай малоіндуктівиая конденсаторна батарея), ключа 2 (зазвичай розрядник високого тиску) і розрядної камери, корпус к-рій 3 є катодом; від нього ізолятором 4 відділений внутр. електрод 5 - анод. Після відкачування повітря камера заповнюється робочим газомдейтеріем, воднем, дейтерій-тритиевой сумішшю (часто з добавками шляхетних газів) при тиску 0,5 - 10 мм рт. ст. або чистими благородними газами при тиску 10-2 - 10-1 мм рт. ст. Далі через газ здійснюється розряд потужної конденсаторної батареї - проводиться серія т. Н. тренувальних пусків установки з метою очищення камери від сторонніх домішок (видалення повітря з електродів і ізолятора); насичення анода робочим газом для підтримки іонної складової струму; напилення металеві. плівки на ізолятор для підвищення його електричні. міцності; напилення на анод металеві. плівки упереміж з атомами газу для полегшення електричні. вибуху на його поверхні при переході в т. н. Рентген. режим (див. нижче). Під час цих пусків вихід жорстких випромінювань не спостерігається. З ростом числа пусків з'являються жорсткі випромінювання і кожна установка проходить три стадії, які змінюють одне одного через дек. сотень пусків: 1) режим з одним стисненням; 2) режим з двома сжатиями; 3) рентген. режим. Фіз. процеси, що відбуваються в зоні П. ф., складні і різноманітні, наиб, характерні для нього згрібання плазми, що утворилася ударною хвилею, стиснення плазми в центрі анода, обрив струму.
Мал. 1. Схема плазмового фокуса: зліва - з плоскими електродами; праворуч - з циліндричними електродами. УВ - ударна хвиля; ТПО - струмів-плазмова оболонка.
Режим з одним стисненням. В цьому режимі після подачі напруги на анод (~ 20 - 40 кВ) відбувається пробій робочого газу по поверхні ізолятора, на к-рій у міру наростання розрядного струму формується струмів-плазмова оболонка (ТПО), що має волокнисту структуру. Потім ця оболонка відривається від ізолятора, волокна її змикаються і, прискорюючись до швидкостей ~ (2 - 3) х 107 см / с і штовхаючи перед собою ударну хвилю, вона згрібає газ (плазму) до центру камери. При цьому форма оболонки стає на лійку, що призводить до часткового витікання плазми уздовж осі. В результаті викиду маси на обмеженому по висоті ділянці пинча вдається різко підвищити ступінь стиснення по радіусу, що збільшує концентрацію енергії в одиниці об'єму плазми. При плоскому стисненні щільність підвищується приблизно в 4 рази, в цилиндрич. камері з урахуванням відображення ударної хвилі - в 33 рази, а при витіканні речовини уздовж осі щільність підвищується в 103 разів (з урахуванням зниження ентропії). Розміри камери і індуктивність зовн. ланцюга вибирають такими, щоб момент макс. стиснення плазми поблизу осі z збігся з моментом макс. значення струму. При цьому ТПО так стискається, що ставлення її поч. радіусу до кінцевого досягає величини 103. У момент макс. стиснення випромінюється невеликий імпульс нейтронного і рентген. випромінювань. Темп-pa плазми при цьому дорівнює ~ 5 х 106К (0,5 кеВ). Нек-рої час (~ 10-7 с) утримується прямий ппнч (рис. 2, а), а потім на його поверхні починає розвиватися нестійкість ролі - Тейлора. Однак зазвичай в режимі з одним стисненням раніше освіти нестійкості відбувається обрив струму, що супроводжується різким збільшенням напруги на Пінчем (в 10 - 100 разів) внаслідок швидкого збільшення аномального опору плазми в області скін-шару за рахунок мікротурбулентність. Розірвалася частина пинча стає плазмовим діодом, на к-ром відбувається прискорення електронів до анода і іонів до катода до енергій ~ 105 - 106 еВ. Коли відбувається обрив струму, то швидкість електронів досягає ~ 109 см / с, замість електрпч. струму через пінч йде прискорений потік електронів, к-рий самофокусіруется всередині плазми пинча. У фокальній зоні поблизу анода він відчуває аномальне поглинання, породжуючи потужну ударну хвилю, к-раю, проходячи через пінч, нагріває його до темп-ри ~ (2 - 3) х 107 К (2 - 3 кеВ) і дає потужний спалах нейтронного випромінювання .
Мал. 2. Обскурограмма пинча в плазмовому фокусі: а - в режимі з одним стисненням; б - в режимі з двома сжатиями.
Режим з двома сжатиями. У міру потовщення напиляним на анод плівки металу з насиченим в ній газом установка автоматично переходить в режим з двома сжатиями. Послідовність процесів та ж, однак обрив струму відбувається пізніше, коли нестійкість Релея - Тейлора вже встигла розвинутися. При цьому в цпліндріч. камерах частини другої стиснення спостерігається у вигляді дек. перетяжок, тоді як в камері з плоскими електродами на укладе. стадії може утворитися знову прямий пинч тієї ж висоти, але меншого діаметру та більшої щільності (рис. 2, б). Укладе. стадія П. ф. в цьому режимі повністю ідентична відповідним процесу режиму з одним стисненням. В цьому режимі спостерігаються дві початкові порівняно малоінтенсивне спалаху нейтронного і рентген. випромінювань, а в осн. спалаху їх інтенсивність зростає в дек. раз внаслідок досягнення більш високої щільності струму, магн. поля і плазми. Проникнення магнітного. поля в плазму починається поблизу анода, де напиляним на його поверхню за попередні розряди плівка виявляється легкораспиляемой.
У рентгенівському режимі електричні. "вибух" поверхні провідника відбувається до моменту сходження ТПО до осі. Цей режим приходить на зміну попередньому, коли товщина напиляним на анод металу, насиченого робочим газом, досягає десятків мкм. Контрактація струму до осі П. ф. при цьому відбувається з більш високими швидкостями (до 108 см / с). Робочий газ в основному "віджимається" від анода, так що в кінці пінчеванія поблизу центру цього електрода формується короткий "1 см) пинч малого діаметра (~ 1 мм) з плазмою високої щільності ~ (3 - 5) х 1019 см-3. У Цей плазмовий згусток знову утворюється плазмовий діод (розрив на Пінчем), напруга на к-ром після різкого підйому (<10-8 с) до величин ок. 0,5 МеВ повільно (> 10-7 с) знижується. При цьому потужний електронний потік, який замінив у другому режимі струм провідності, сам замагнічівается і заміщується через недо-рої час іонним потоком. Частина іонів цього потоку, мають пор. енергії ~ 20 - 200 кеВ, виявляється захопленої власної. магн. полями П. ф. (струмовими круговими і стисненим поздовжнім). Вельми висока концентрація струмів і полів, що досягається в цьому режимі, призводить до генерації потужних потоків заряджу. частинок, а утримання іонів пор. енергії в собств. полях є причиною генерації високоінтенсивного нейтронного випромінювання.
Зміна енергії харчування П. ф. в діапазоні 10-3 - 1 МДж змінює його вихідні параметри. Вихід нейтронів зростає зі збільшенням енергії як квадрат енергозапасу або четверта ступінь струму. При цьому спектр нейтронного випромінювання не змінюється; електронна темп-pa і щільність плазми практично не залежать від енергозапасу; однак зі збільшенням розрядного струму приблизно лінійно зростає енергосодержаніе пучків заряджу. частинок і час утримання плазми і замаг-ніченний іонів, тоді як обсяг плазми збільшується квадратично з ростом струму.
Збільшення щільності і темп-ри плазми можна досягти за допомогою радиац. охолодження, якщо вносити в плазму П. ф. домішки речовин з великим зарядом ядра у вигляді поч. добавок до робочого газу або лазерним уприскуванням в центр. частина. На цій основі створюються проекти здійснення в П. ф. т. н. радиац. колапсу, при к-ром планується досягти термоядерних темп-р і щільності плазми, що перевищують щільність твердого тіла [4].
Подальше збільшення щільності і темп-ри плазми, енергосодержанія пучків заряджу. частинок і підвищення нейтронного і рентген. виходу зв'язуються також (крім збільшення енергозапасу) з профілюванням струму в часі і просторі, з замагнічіваніем 
частинок, з лазерним ініціюванням розряду і комбиниров. пучково-лазерним впливом на плазму П. ф., а також зі створенням на основі П. ф. гібридного реактора синтез - поділ [5].
Установки з П. ф. можуть використовуватися в плазмових дослідженнях як джерела нейтронів і жорстких випромінювань для вирішення ряду науково-техн. задач: матеріалознавчих і бланкетний випробувань для керованого термоядерного синтезу; імпульсного активації. аналізу короткоживучих ізотопів; нейтронної терапії; накачування лазерних середовищ; вивчення високоіонізов. іонів; взаємодії потужних пучків з плазмою і т. д.
Літ .: 1) Бурцев В. А., Грибков В. А., Філіппова Т. І., Високотемпературні пінчевие освіти, в кн .: Підсумки науки і техніки. Сер. Фізика плазми, т. 2, М., 1981; 2) Петров Д. П. і ін., Потужний імпульсний газовий розряд в камерах з провідними стінками, в сб .: Фізика плазми і проблема керованих термоядерних реакцій, т. 4, М., 1958; 3) Маthеr JW, Formation of the high-density deuterium plasma focus, "Phys. Fluids", 1965, v. 8, p. 366; 4) Shearer J., Contraction of z-pinches actuated by radiation losses, там же, 1976, v. 19, p. одна тисяча чотиреста двадцять шість; 5) Gribкоv V., Feasibility study for developing ahybrid reactor, based on the DPP - device, "Atomkernеnergie. Kerntechnik", 1980, Bd 36, № 3, p. 167.
В. А. Грибов.
покажчик >>
