Адаменко С. В. Лабораторія електродинамічних досліджень «Протон-21» Довженка 14, Київ, Україна, тел. / Факс: 38 – 044-2416763, e-mail: enr30 @ enran. com.ua Пащенко А. В., Шаповал І. Н. ННЦ Харківський Фізико-Технічний Інститут (ННЦХФТІ) Харків-61108, Україна, тел. / Факс: 0572-352598, e-mail: shiva@vl.kharkov.ua Новиков В. Е. НТЦ «електрофізичної обробки» НАНУ а. я. 61002, Харків, Україна, e-mail: nve@vl.kharkov.ua

Анотація – Проаналізовано режими з загостренням для гідродинамічних течій твердотільної плазми, що виникають під впливом імпульсних концентрованих потоків енергії на її поверхню. Показано, що при виконанні деяких умов на потоки електронів та іонів у системі рівнянь Максвелла і рівнянь середовища, в гідродинамічному та кінетичному наближеннях, виникають квазістаціонарні, самоподібні плазменнополевие структури з просторовим масштабом, зменшуваним від периферії до центру. Таке дроблення масштабів призводить до істотного збільшення поля.

I. Вступ

Плазмово-польові структури виникають при впливі потужних джерел енергії на макроскопічні плазмові об’єкти. Прикладами подібних фізичних об’єктів є: плазмовий фокус, пінчевие плазмові освіти, структури в плазмових розмикачі, многосолітонние освіти в плазмі і т. д. При розгляді макроскопічних потоків в таких системах істотні нелінійні явища, можливі процеси із загостренням.

Метою нашої роботи є вивчення деяких нових можливостей отримання екстремально високих полів в плазмі, що виникають в результаті розвитку нелінійних процесів.

нелінійними процесами, що приводять при імпульсному впливі на суцільні середовища теоретично до необмеженого ізентропіческому зростанню щільності середовища і виникнення станів твердотільної плазми з екстремальними значеннями параметрів, є процеси із загостренням [1] і процеси утворення нелінійних структур [2]. При утворенні структур в плазмі істотну роль відіграють електродинамічні процеси.

Основний сенс режимів з загостренням полягає в тому, що надходження енергії і речовини в систему відбувається швидше, ніж їх диссипация. В результаті відбувається концентрація енергії і речовини. Для аналізу процесів із загостренням в плазмі необхідно спільно з еволюцією термодинамічних параметрів (таких, як щільність енергії і речовини) розглядати і еволюцію електродинамічних параметрів (Наприклад, потенціалів полів). При визначених у роботі умовах, режими із загостренням призводять до виникнення плазменнополевих структур, складених з віртуальних катодів і анодів з просторовим масштабом, зменшуваним від периферії до центру чи осі системи [2, 3]. Таке дроблення масштабів призводить до істотного збільшення поля. Ефекти, пов’язані з виникненням структур віртуальних електродів, були зареєстровані в роботах по електростатичного утримання плазми [4, 5].

Фізичні процеси, що супроводжуються режимами із загостренням і дробленням масштабів, можуть бути реалізовані в діодах з тонкими електродами

[6]. Експериментальні дослідження екстремальних параметрів середовища, що виникають в аноді при імпульсному впливі релятивістського електронного пучка (РЕП) на поверхню анода, викладені в

[7]. У цій роботі теоретично розглянуто фізичні процеси в циліндричному аноді діода при додатку до його катод-анодному проміжку високовольтного імпульсного напруги наноси-кундной тривалості.

В роботі розглянута структура полів і густин в пріосевой області для систем з циліндричної та сферичної симетрії за допомогою методу аналізу структури полів та щільності заряджених частинок, який розвинений в роботі [2].

II. Еволюція щільності речовини анода при впливі на його поверхню електронного імпульсного пучка

При підвищенні струму в системі відбувається фокусування пучка і стягування його до осі. Дія процесів абляції призводить до великого тиску на поверхні мішені і, в результаті, до режимів з загостренням. Розвиток цих процесів з урахуванням рівняння стану Томаса-Фермі-Дірака приводить, зрештою, до утворення [8] в металі електронно-ядерної плазми.

Для структури полів в плазменно-пучкових системах істотним є особливості спільної динаміки електронних і іонних потоків. Будемо розглядати область, зайняту плазмою, що утворилася в центрі анода, з потоками електронів та іонів. Розглянемо іонний пучок з тепловою компонентою та електронний пучок без температурних добавок. Квазістаціонарні стану плазми описуються системою рівнянь, що складається в гідродинамічному наближенні з рівнянь безперервності та рівняння руху для електронів та іонів. Ці рівняння руху, при розгляді тільки радіальних рухів, можна один раз проінтегрувати і отримати рівняння збереження енергії:

Система замикається рівнянням для полів у вигляді рівняння Пуассона: де

,-Електронний і іонний струм, 1а

довжина анода. Рішення рівняння зображено на Рис. 1. Структура віртуальних електродів має властивості подібності.

Рис.1. Фрактальна структура електричного поля в відносних одиницях у сферичній області плазми з віртуальними електродами.

Fig. 1. Fractal structure of the electric fields, expressed

in the relative units in the plasma spherical region with virtual electrodes

III. Висновок

Таким чином, в результаті впливу на поверхню металу імпульсного концентрованого потоку енергії в режимах із загостренням може утворитися плазменно-польова структура з екстремальними параметрами. Щільність і електричне поле в тонких шарах структури на 2-3 порядки перевищують значення параметрів, при яких виникає структура. Когерентне вплив підвищення щільності і поля в цих шарах викликає в них істотну екранівку кулонівського поля ядер металу. Ці ефекти можуть приводити до істотного збільшення швидкості реакцій в щільній елек-трон-ядерної плазмі.

IV. Список літератури

1. Самарський А. А., Галактионов В. А., Курдюмов С. П., Михайлов А. П., Режими із загостренням в задачах для квазілінійних параболічних рівнянь. – М.: Наука.1987. -480 С.

2. Пащенко А. В., Руткевич Б. Н., Стаціонарні електронні та іонні потоки в короткозамкненим діоді. / / ВАНТ, вип. 1 (5), 1976 р.

3. Смирнов В. М. Про повільних коливаннях потенціалу в іонно-електронних потоках поблизу емітера, ПМТФ, 1966, № 1, с.8.

4. Лаврентьєв О. А. Дослідження електромагнітної пастки. – В кн.: Магнітні пастки, Київ, «Наукова Думка», 1968, с. 77.

5. Звіт 1967 р. по проекту «FUSOR» ITT Farnsworth Research Corporation.

6. Адаменко С. В., Стратієнко В. А., Пащенко А. В., Новиков В. Є., Шаповал І. М. та ін Дослідження транспортування електронних пучків через діелектричні капіляри. Праці 8-я Міжн. Конф. КриМіКо’1998, Севастополь, Україна, 1998.

7. Адаменко С. В. Концепція колапсу речовини. Академ-періодика, 2004.

8.   FortovV., Yacubov I.//Physics of Nonideal Plasma. New York: Hemisphere Publishing, 1990.

THE PROCESSES OF BLOWUP AND FORMATION OF SELF-SIMILAR PLASMA- FIELD STRUCTURES IN THE CONTINUUM MEDIUM UNDER INFLUENCE OF THE CONCENTRATED STREAMS OF ENERGY

Adamenko S. V.

Electrodynamic Laboratory «Proton-21», Kyiv, Ukraine, phone/fax: 38- 044-2416763, e-mail :enr30@enran.com. ua

Novikov V. E.

Science & Technology Center of Electrophysics, NASU P. O. Box 8812, Kharkov 61002, Ukraine e-mail: nve@vl.kharkov.ua Paschenko A. V., Shapoval I. M.

NSC «Kharkov Institute of Physics and Technology»

1 Academicheskaja St., Kharkov 61108, Ukraine

Abstract – The plasma-field structures arise under the effect of pulsed energy sources onto the surface of condensed media. As pulsed sources, in the experiments carried out at «Proton- 21» Electrodynamic Laboratory, we used relativistic electron beam with currents higher than 10OkA. Those REB beams were generated in high-current diodes. As a result of the experiments, we have recorded regions in the anode with the extreme parameters. The densities in those regions exceeded by several orders of magnitude the densities in the metals, with their temperature being on the order of several keV.

I.  Introduction

Under the effect of high-current beams on the anode, a fast plasma creation takes place throughout the plasma volume, producing energy flows and those of matter from periphery to axis. While considering the macroscopic flows in these systems, the non-linear phenomena and peaking processes come into the foreground.

II.  Main part

Our paper is aimed to study some novel possibilities of the production of extreme fields in plasmas that come into being in the conducting medium, resulting from the non-linear process maturity.

Among the non-linear processes that bring about the plasma extreme parameters, the major ones are those that involve the peaking for the thermodynamic plasma parameters and emergence of the non-linear structures. In the course of structure creation in the plasmas, it is the electrodynamic processes that play the major role.

If the incoming energy and matter processes into the system occur faster than their dissipation, then, we witness the concentration of energy and matter. A non-linear wave of electron density comes along that steepens during its travel and falls back onto itself.

While fulfilling certain conditions on the electron and ion flows, in the sets of the Maxwell equations and characteristic equations with the cylindrical and spherical symmetries, there occur the quasi-stationary fractal plasma field structures with the spatial scale tapering from periphery to center (Fig. 1).

III.  Conclusion

Coherent influence of increase of density and field in these layers causes in the essential screening of coulomb fields of nucleus at the metal. These effects can result in essential increase in speed of reactions in dense electron-nuclear plasma.

Such fragmentation of the scales leads to a drastic enhancement (by 3 or 4 orders of magnitude) of the electric field and emergence of the extreme states of the matter that agree with the states, obtained in the experiments.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»