Волкова Ю. Є. Динаміка плазмового потоку, що генерується магнітоплазмовим компресором із поздовжнім магнітним полем

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U100753

Облікова картка дисертації

0823U100753.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 105 - Прикладна фізика та наноматеріали

Спеціалізована вчена рада

ID 2131

Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Анотація

У дисертаційній роботі представлено результати експериментальних досліджень впливу зовнішнього поздовжнього магнітного поля в розрядному каналі магнітоплазмового компресора (МПК) на фундаментальні процеси в компресійних плазмових потоках. Детально досліджено вплив зовнішнього поздовжнього магнітного поля в каналі МПК на основні електротехнічні параметри розряду. Проведено аналіз вольт-амперних характеристик (ВАХ) для різних значень зовнішнього поздовжнього магнітного поля під час роботи з аргоном та гелієм за різних початкових тисків. Виявлено, що вольт-амперні характеристики розряду мають нелінійну залежність від величини зовнішнього поздовжнього магнітного поля. ВАХ при вимкненому магнітному полі відрізняються від попередньо отриманих до встановлення соленоїда, що спричинено зміною геометричних параметрів розрядного каналу. ВАХ розряду з достатньою точністю можна описати степеневою функцією, що добре узгоджується з теоретичними уявленнями. За більшого початкового тиску гелію, а отже, за більшої масової витрати, напруга розряду зменшується. Цей результат підтверджується теоретичними уявленнями про те, що напруга розряду обернено пропорційна інтегральній масовій витраті. Досліджено вплив металевої циліндричної конструкції із соленоїдом, що встановлено на розрядний канал, на електричні струми, які протікають у потоці поза межами розрядного каналу при вимкненому магнітному полі. Наявність конструкції із соленоїдом на розрядному каналі МПК призвела до зміни геометричних параметрів каналу, що, зі свого боку, спричинило зміну просторового розподілу власного магнітного поля в плазмовому потоці поза каналом та зменшення частки струму в потоці відносно повного розрядного струму. Вивчено вплив зовнішнього магнітного поля в каналі МПК на розподіл власного азимутального магнітного поля в плазмовому потоці поза розрядним каналом. Показано, що застосування зовнішнього магнітного поля приводить до зростання величини власного магнітного поля в приосьовій зоні на всій довжині плазмового потоку. Спостерігалося «витіснення» магнітного поля із приосьової частини потоку, що вказує на формування зони стиснення. За допомогою подвійних електричних зондів проведено визначення особливостей розподілу локальної електронної температури в потоці самостисненої плазми з досить високою просторовою та часовою роздільною здатністю. Експериментально встановлено, що функція розподілу електронів у плазмовому потоці МПК без застосування зовнішнього магнітного поля є наближеною до максвелівської. Уперше експериментально виявлено наявність двох популяцій електронів із різними температурами, що є ознакою бімаксвелівської функції розподілу електронів, та зростання електронної температури поблизу осі плазмового потоку під час застосування зовнішнього поздовжнього магнітного поля 0,24 Тл в розрядному каналі МПК. Проведено детальний аналіз динаміки плазмового потоку, процесів формування області стиснення та її геометричних характеристик. Отримано розподіли швидкості дрейфу, електричного струму, електричного потенціалу та сили Ампера. Показано, що в плазмовому потоці формується замкнена структура вкладених еквіпотенціалей. Під час застосування зовнішнього магнітного поля структура вкладених еквіпотенціалей зсунута на більшу відстань від виходу МПК. Плазмовий потік має складну структуру, а саме сукупності концентричних вихорів і замкнених тороїдальних струмових структур, які спостерігаються протягом усього часу його існування. Встановлено, що зовнішнє магнітне поле приводить до збільшення величини електричного струму в плазмовому потоці, змінює його просторовий розподіл і зменшує кількість струмових вихорів. Уперше показано, що за присутності зовнішнього магнітного поля (0,24 Тл) збільшується розмір зони стиснення, температура в ній зростає в шість разів, а радіальна складова сили Ампера – щонайменше в три рази. За результатами аналізу просторового розподілу електричного струму в плазмовому потоці було виявлено структуру, подібну до нейтрального струмового шару, що формується протягом другого напівперіоду розрядного струму. У виявленій структурі, оточеній зонами плазмового потоку з протилежно спрямованими магнітними полями, спостерігається зростання густини електричного струму. Формування подібної структури в потужних потоках плазми, генерованих квазістаціонарними плазмодинамічними системами, виявлено вперше. Наявність структури типу нейтральний струмовий шар робить перспективним використання МПК для експериментального моделювання астрофізичних явищ.

Читати повністю

Публікації

Solyakov D.G., Volkova Y.E., Cherednychenko T.N., Garkusha I.E., Ladygina M.S., Marchenko A.K., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Makhlaj V.A., Staltsov V.V., Yeliseyev D.V., Trubchaninov S.A. Discharge characteristics in the MPC channel in presence of external longitudinal magnetic field // Problems of atomic science and technology. 2019. Vol. 1. P. 208-211.

Solyakov D.G., Volkova Yu.Ye., Marchenko A.K., Ladygina M.S., Staltsov V.V., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Merenkova T.M., Makhlaj V.A., Yeliseyev D.V. Discharge parameters of magnetoplasma compressor: effect of external axial magnetic field // Problems of atomic science and technology. 2020. Vol. 6. P. 74-77.

Solyakov D.G., Volkova Yu.Ye., Garkusha I.E., Marchenko A.K., Ladygina M.S., Staltsov V.V., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Merenkova T.M., Makhlai V.A., Yeliseyev D.V. Measurement of the local electron temperature in self-compressed plasma stream // Problems of atomic science and technology. 2021. Vol. 4. P. 149-153.

Volkova Y.Ye., Solyakov D.G., Marchenko A.K., Ladygina M.S., Petrov Y.V., Chebotarev V.V., Merenkova T.M., Makhlai V.A., Yeliseyev D.V., Staltsov V.V. Experimental study of current-sheet-like structure in pinching plasma flows with electric and magnetic probes // Problems of Atomic Science and Technology. 2022. Vol. 6(142). P. 70-74.

Solyakov D.G., Volkova Yu.Ye., Ladygina M.S., Merenkova T.M., Marchenko A.K., Garkusha I.E., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Makhlaj V.A., Kulik M.V., Staltsov V.V., Yeliseyev D.V. Distributions of magnetic field and current in pinching plasma flows: axial magnetic field effect // European Physical Journal Plus. 2021. Vol. 136. P. 566. Volkova Yu., Solyakov D., Marchenko A., Chebotarev V., Garkusha I., Makhlai V., Ladygina M., Merenkova T., Yeliseyev D., Petrov Y., Staltsov V. Structure and local parameters of self-compressed plasma streams in external magnetic field // Nukleonika. 2023. Vol. 68(1). P. 3-9.

Solyakov D.G., Volkova Y.E., Cherednychenko T.N., Ladygina M.S., Marchenko A.K., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Makhlaj V.A., Yeliseyev D.V. Discharge characteristics in the mpc channel in presence of external longitudinal magnetic field // International Conference-School on Plasma Physics and Controlled Fusion, 10 - 13 September, 2018, Kharkiv, Ukraine: Book of Abstracts – National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”, Kharkiv, 2018 – p. 80.

Volkova Y.E., Solyakov D.G., Merenkova T.N., I.E. Garkusha, Ladygina M.S., Marchenko A.K., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Makhlaj V.A., Staltsov V.V., Yeliseyev D.V. Influence of external magnetic field on MPC plasma streams // International conference on research and applications of plasmas, 15-19 July, 2019, Opole, Poland: Opole University, Opole, 2019 — p. 51.

Соляков Д.Г., Волкова Ю.Є., Гаркуша І.Є., Меренкова Т.М., Ладигіна М.С., Марченко А.К., Петров Ю.В., Чеботарьов В.В., Махлай В.О., Стальцов В.В., Єлісєєв Д.В. Вплив соленоїда зовнішнього магнітного поля на просторові розподіли струмів в плазмових потоках, що генеруються МПК // Українська конференція з фізики плазми та керованого термоядерного синтезу – 2019, 11-12 грудня 2019 р., Київ, Україна: Збірник анотацій — Інститут ядерних досліджень НАН України, Інститут теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України, Київ, 2019 — с. 55.

Solyakov D.G., Volkova Y.Ye., Marchenko A.K., Garkusha I.E., Makhlai V.A., Chebotarev V.V., Staltsov V.V., Merenkova T.M., Petrov Yu.V., Ladygina M.S. Influence of external magnetic field on compressive plasma flows // 15th Kudowa Summer School ”Towards Fusion Energy”, 29 June – 3 July 2020, Kudowa Zdrój, Poland: Book of Abstract — Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion, Warsaw, 2020 — p. 56.

Соляков Д.Г., Волкова Ю.Є., Гаркуша І.Є., Марченко А.К., Ладигіна М.С., Стальцов В.В., Петров Ю.В., Чеботарьов В.В., Меренкова Т.М., Махлай В.О., Єлісєєв Д.В. Вимірювання локальної електронної температури в потоці самостисненої плазми // XV International Conference "Plasma Electronics and New Acceleration Methods", September 7-9 2021, Kharkiv, Ukraine: Program Book — National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”, Kharkiv, 2021 – P. 6.

Solyakov D.G., Volkova Yu.Ye., Garkusha I.E., Marchenko A.K., Ladygina M.S., Staltsov V.V., Petrov Yu.V., Chebotarev V.V., Merenkova T.M., Makhlai V.A., Yeliseyev D.V. Measuring Properties Of Self-Compressed Plasma Streams With Probes: Influence Of External Magnetic Field // XVII International Scientific Conference Electronics and Applied Physics, 19-23 October 2021, Kyiv, Ukraine: Program Book — Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2021 — PP#5 (CD issue).

Volkova Y., Solyakov D., Marchenko A., Merenkova T., Makhlai V. Structure and parameters of self-compressed plasma streams in external magnetic field // 16th Kudowa Summer School ”Towards Fusion Energy”, 6 – 10 June 2022, Kudowa Zdrój, Poland: Book of Abstract — Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion, Warsaw, 2022 — p. 58.

Solyakov D., Volkova Y., Marchenko A., Chebotarev V., Garkusha I., Makhlai V., Petrov Y., Merenkova T. Local characteristics of self-compressed plasma streams in external magnetic field. 48th EPS Conference on Plasma Physics (EPS 2022), 27 June – 1 July 2022, Netherlands: Europhysics Conference Abstracts Volume 46A / Curran Associates, Inc.. — Mulhouse, France, 2023 — p. 253

Читати повністю

Файли

Volkova_diss.pdf

autoreferat-Volkova_annotation.pdf

editrequest-Дата захисту - Волкова.pdf

Схожі дисертації

0824U001079

Шевченко Станіслав Тарасович

Структурно–морфологічні характеристики та електрофізичні властивості пористих конденсатів Zn, Ni, Cu і їх оксидів в поєднанні з C і Si

0824U000997

Іжик Олег Борисович

Розроблення методів синтезу нанорозмірних полімерних та полімер-неорганічних щіток зі спеціальними електрофізичними та оптичними властивостями

0824U000630

Плахтій Вадим Анатолійович

Надширокосмугові електромагнітні поля в задачах розпізнавання підповерхневих об’єктів штучними нейронними мережами

0824U000539

Ло Іян ...

Проектування та оптимізація антенної решітки за допомогою спеціальних матриць

0824U000538

Горох Денис Валерійович

Закономірності формування, особливості структури та властивості іонно-плазмових нітридних покриттів TiSiN/NbN та TiSiN/CrN