РОЗДІЛ 2
ТЕХНІКА ТА УМОВИ ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Методика експериментальної реалізації теоретичної моделі та експериментальна установка
У теоретичній роботі [7], де був запропонований досліджуваний нами механізм просвітлення плазмового хвильового бар'єра, останній розглядався у вигляді шару закритичної плазми постійної густини без зіткнень з абсолютно різкими межами. Зрозуміло, що для досягнення максимальної відповідності умов експерименту теоретичній моделі профіль густини плазми в системі мав бути якомога ближчим до прямокутного. Відтак для створення плазмового хвильового бар'єра була використана методика, що базується на закономірностях витікання неізотермічної плазми у вакуум вздовж магнітного поля [55, 56], експериментально апробована в [14, 17-22]. Така плазма утворювалася за допомогою несамостійного розряду Пеннінга з розжареним катодом, який, на відміну від багатьох інших розрядів, існує при досить низьких тисках робочого газу і забезпечує при цьому плазму з досить високими густиною та ступенем іонізації і майже без зіткнень. Експериментальна установка для створення такого хвильового бар'єра й дослідження процесу його просвітлення включала в себе газорозрядну камеру, електронну гармату для створення пучка електронів, систему електроживлення, систему створення магнітного поля, вакуумну систему та систему регульованого подання робочого газу до розрядної камери, а також систему діагностики.
Конструкція установки схематично зображена на рис. 2.1. Газорозрядна камера II складалася з порожнистого циліндричного мідного анода 1 довжиною 180 мм і внутрішнім діаметром 100 мм і двох мідних катодних блоків 2, в які вмонтовано змінні молібденові відбивачі 3 з центральними отворами радіусомrd = 5-10 мм для витікання плазми у вакуумні камери I і III. Один з катодних блоків містив також вольфрамовий кільцевий катод прямого розжарення 4, що виготовлявся з дроту діаметром 0,5-1 мм і мав радіус rc = 10-20 мм. Відстань між відбивачами, тобто довжина розряду, становила 220 мм. Вакуумні камери I і III являли собою порожнисті мідні циліндри довжиною 700 і внутрішнім діаметром 100 мм.
Рис 2.1. Схема експериментальної установки.
I, III - вакуумні камери; II - розрядна камера. 1 - анод; 2 - катодні блоки; 3 - відбивачі; 4 - катод; 5 - електронна гармата; 6 - колектор електронного пучка; 7 - зонд-вібратор; 8, 9 - електричні ВЧ-зонди; 10 - аксіально рухомий магнітний ВЧ-зонд; 11 - радіально рухомий магнітний ВЧ-зонд.
Електронний пучок у системі створювався триелектродною електронною гарматою 5, яка була встановлена на відстані 290 мм від найближчого відбивача розрядної камери на її осі. Для зменшення кутової розбіжності електронного пучка та впливу його магнітного фокусування [58] діафрагми в аноді електронної гармати були перекриті сітками з прозорістю 90%. В камері III на осі системи був установлений колектор електронного пучка 6, який звичайно являв собою молібденовий диск діаметром 20 мм. У деяких експериментах роль колектора електронного пучка відігравав перший електрод електростатичного аналізатора енергетичного спектра електронів пучка, про конструкцію якого буде сказано нижче.
Для створення магнітного поля, в яке вміщувалися розрядна та вакуумні камери, використовувалася система з 12 котушок, розподілених вздовж осі установки так, щоб забезпечити в ній однорідне з точністю до 2% магнітне поле.
Електричне живлення експериментальної установки здійснювалося в стаціонарному режимі. Розжарення катода розряду та живлення магнітної системи здійснювалося постійним струмом за допомогою стандартного машинного перетворювача. Величина струму регулювалася реостатами в колах катода та магнітної системи. Розряд та електронна гармата працювали в стаціонарному режимі. Для їх живлення використовувалися автономні випрямлячі з регульованими виходами.
Як робочий газ використовувався аргон. Він подавався до розрядної камери II у середній її площині через регулівний голковий натікач і відкачувався через отвори у відбивачах і камери I і III двома автономними паромасляними вакуумними агрегатами зі спільним насосом попереднього розрідження. Залишковий тиск у системі становив приблизно 5(10-5 мм рт. ст. За подання до системи робочого газу його тиск у камері II в 5-10 разів перевищував тиск у камерах I і III.
В установці були застосовані гумові вакуумні ущільнення та фторопластова електрична ізоляція окремих елементів. Усі елементи конструкції, нагрівання яких у процесі експлуатації було небажане, охолоджувалися проточною водою.
Установка забезпечувала можливість у стаціонарному режимі змінювати параметри пучково-плазмової системи в таких межах: розрядний струм Ia = 0,1-2 A, напруга на розряді Va = 50-300 В, напруженість магнітного поля H = 50-300 Е, тиск аргону в розряді p = (1-10)(10-4 мм рт. ст., діаметр електронного пучка db = 5-10 мм, струм пучка Ib = 1-10 мА, енергія електронів пучка eVb = 0,5-2,0 кеВ. Точність контролю всіх зазначених параметрів була не гіршою від ?10%.
2.2. Методики дослідження стаціонарних параметрів пучково-плазмової системи
Добре відомо (див., наприклад, [59]), що характер хвильових процесів у неоднорідній плазмі визначається не тільки абсолютними значеннями її параметрів, але й просторовим розподілом останніх. Виходячи з цього для визначення стаціонарних параметрів пучково-плазмової системи застосовувалася зондова методика, оскільки вона вирізняється добрим просторовим розділенням і забезпечує потрібну локальність вимірювань. За незбурені значення параметрів плазми при наявності в ній коливальних процесів та флуктуацій приймалися відповідні величини, усереднені по досить великому часу вимірювання.
Як датчики використовувалися поодинокі аксіально й радіально рухомі зонди, а саме циліндричні (7-9 на рис. 2.1) з довжиною робочої частини 10 мм і діаметром 0,25 мм, або плоскі, робоча частина яких мала вигляд диска діаметром 1 мм, введені до розрядної та вакуумних камер. Зонди, які вводилися до розрядної ка