Разработка установки для получения в атмосфере плазменных сгустков при электрическом взрыве металла во внешнем импульсном магнитном поле тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат наук Маношкин, Алексей Борисович

• Маношкин, Алексей Борисович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Маношкин, Алексей Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Плотная плазма и способы её получения

1.2 Электрический взрыв проводников

1.3. Индукционные разряды

1.4 Постановка задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2. МЕТОД ВВОДА ЭНЕРГИИ В ПЛАЗМУ ПРИ БЫСТРОМ СПАДЕ СИЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

2.1 Ведение

2.2 Метод ввода энергии в плазму

2.3 Теоретическая модель индукционного разряда при быстром спаде сильного магнитного поля

2.3.1 Цилиндрическая геометрия системы

2.3.2 Тороидальной геометрия системы

2.4 Ожидаемое время жизни токового кольца без подпитки извне

2.5 Плазмоид в свободной атмосфере

2.6 Пороги рождения и уверенного наблюдения плазмоидов

2.7 Магнитные силы, действующие в индуктивных накопителях энергии

2.7.1 Индуктивный накопитель с цилиндрической формой

2.7.2 Индуктивный накопитель с тороидальной формой

2.7.3 Электрически взрывающийся тороидальный накопитель энергии

2.8 Расчёт параметров индуктивных накопителей энергии

2.8.1 Выбор сечения провода для цилиндрического накопителя энергии

2.8.2 Расчёт прижимающей силы токопроводящего витка тороидального

накопителя

2.8.3 Расчёт размеров электрически взрывающегося тороидального

64

накопителя энергии

2.8.4 Расчёт необходимого тока и энергии конденсаторной батареи для

65

электрического взрыва

2.9 Выводы

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОВЕРКА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

3.1 Введение

3.2 Устройство и принцип работы установки

3.3 Основные расчётные соотношения для конструирования установки

3.3.1 Объём газоразрядной камеры, встроенной в индуктивный

84

накопитель энергии

3.3.2 Максимальная индукция магнитного поля в камере

3.3.3 Количество ампер-витков катушки индуктивного накопителя

88

энергии

3.3.4 Максимальная мощность в импульсе разрядного тока

3.3.5 Максимальное напряжение конденсаторной батареи

3.3.6 Максимальный ток в импульсе

3.3.7 Максимальная скорость нарастания тока

3.3.8 Длительность заднего фронта импульса тока

3.4 Экспериментальные исследования

3.4.1 Взрыв линейной проволоки внутри цилиндрического накопителя

95

энергии

3.4.2 Электрически взрывающийся тороидальный накопитель энергии

3.4.3 Проведение исследований воздействий интенсивных потоков

энергии на вещество

3.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка установки для получения в атмосфере плазменных сгустков при электрическом взрыве металла во внешнем импульсном магнитном поле»

ВВЕДЕНИЕ

Исследования закономерностей различных физических механизмов формирования плотной плазмы представляются критически важными для расширения методов экспериментальной физики и для создания экспериментальных установок получения плотной горячей плазмы.

Среди многообразия технических применений плазмы наиболее важные относятся к плазменным технологиям, так как с ионизованной плотной плазмой связывается разработка и реализация целого ряда перспективных проектов для целей плазмохимии, в частности для переработки токсичных отходов. Перспективным является использование плазмы и для энергетики.

Достаточно эффективным источником плотной плазмы являются всевозможные разновидности ВЧ индукционного разряда. Они превосходят по целому ряду характеристик наиболее распространенные, а именно, дуговые.

Известные способы получения и удержания автономных плазменных образований используют, как правило, постоянное или нарастающее магнитное поле в импульсном режиме, или переменное электромагнитное поле в основном в ВЧ и СВЧ-диапазонах. В то же время, спадающее магнитное поле при импульсном воздействии на плазму пока не использовалось, хотя такая возможность вполне реализуема.

Одним из простых способов получения плотной плазмы является электрический взрыв проводников. Основная трудность здесь связана с необходимостью формирования устойчивой структуры, способной существовать относительно длительное время. Получение плазменных образований в открытой атмосфере, при достаточно большом времени жизни, позволит расширить область их применения, в частности, использовать их в качестве источников видимого и ультрафиолетового излучения, а также в качестве ионных источников, работающих в импульсном режиме для масс-спектрометрических приборов.

В процессе экспериментальных исследований по удержанию плазменных образований при атмосферном давлении выявляются проблемы, затрудняющие достижение требуемых параметров и препятствующие хорошей повторяемости результатов.

Целью диссертационной работы является разработка установки для получения плазменных сгустков при электрическом взрыве металла в сильном быстроспадающем магнитном поле.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- разработка и экспериментальная реализация метода ввода энергии в плазму применительно к возможности развития импульсного индукционного разряда в создаваемой установке;

- получение аналитических зависимостей, позволяющих выработать технические требования к экспериментальной установке;

- исследование влияния параметров электровзрыва на время жизни плазменных сгустков, образующихся при электрическом взрыве проводников во внешнем импульсном магнитном поле;

- оценка магнитных сил и запасов прочности для различных конструкций индуктивных накопителей энергии в создаваемой установке.

Для решения поставленных задач в первой главе проведен обзор литературы по методам получения плазмы.

На основе литературных источников описаны принципы работы устройств получения плазмы. Особое внимание уделено вопросам, касающимся индукционных разрядов, а также электрическому взрыву металлических проводников. Проанализировано влияние различных характеристик металлов на параметры электровзрыва. Приведены способы формирования и удержания плазмоидов шарообразной структуры в электромагнитном и СВЧ поле и устройства для реализации этих способов.

По результатам проведенного обзора литературы сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе предлагается метод ввода энергии в вещество с использованием индукционного разряда при быстром спаде сильного магнитного поля.

Физическая идея метода основана на аналогии схем формирования индукционных разрядов и схем однотактных импульсных преобразователей энергии в силовой электронике.

В однотактных схемах электрическая энергия на выход преобразователя передаётся в течение одной части цикла преобразования. Если энергия передаётся в тот момент, когда силовой ключ замкнут, то это - прямоходовая схема, если в момент, когда ключ разомкнут, то - обратноходовая схема. В импульсных индукционных разрядах энергия в плазму передаётся при изменении магнитного поля, что эквивалентно замыканию или размыканию силового ключа, обеспечивающего изменение первичного тока катушки, создающей магнитное поле.

В обратноходовой схеме силовой электроники при замыкании ключа (фаза 1) напряжение с конденсатора подаётся на первичную обмотку трансформатора, но, поскольку диод оказывается включенным в обратном направлении, энергия в нагрузку не предаётся, а накапливается в трансформаторе в форме магнитного поля, первичным током. При размыкании ключа (фаза 2) самоиндукция «переворачивает» полярность на выводах трансформатора, диод оказывается в открытом состоянии и запасённая в трансформаторе энергия магнитного поля передаётся вторичным током в нагрузку.

Обратноходовой схеме сопоставлен соответствующий индукционный разряд.

Суть метода ввода энергии в плазму при быстром спаде сильного магнитного поля заключается в том, что в этом случае, как и в обратноходовой схеме, после замыкания ключа (фаза 1) энергия не сразу вводится в плазму, а запасается внутри катушки в форме магнитного поля, создаваемого

первичным током. Энергия не вводится потому, что плазмообразующий газ не ионизирован, ионизацию газа осуществляют непосредственно перед размыканием ключа. В этом случае при размыкании ключа (фаза 2) магнитное поле внутри катушки быстро спадает и возникает сильное вихревое электрическое поле, в результате чего в ионизированном газе формируется плазменный виток с током. Этот виток, взаимодействуя с магнитным полем, стремится вытеснить плазму из центральной области разрядной камеры, но процессу вытеснения плазмы противостоят силы внешнего давления. На определённом этапе развития этого разряда может устанавливаться равновесное состояние, и плазма принимает вид трубки или тороидальной оболочки с полоидальным током (в зависимости от используемой геометрии плазмы).

Развитие индукционного разряда с формированием токовой трубки возможно только тогда, когда первоначальное магнитное поле обладает магнитным давлением, существенно превосходящим газокинетическое давление плазмообразующего газа. В принципиальном плане в этом случае возможно формирование долгоживущих плазмоидов.

Плазмоиды, или плазменные сгустки, в которых существенны магнитные силы, - это равновесные магнитогидродинамические (МГД) конфигурации. Одним из методов получения плазмоидов является электрический взрыв свёрнутых в тор металлических спиралей, в этом случае используется метод накопления энергии в индуктивном контуре с током и передачи её в нагрузку при прерывании первичного тока. Спирали выполняют функции индуктивного накопителя энергии и одновременно прерывателя цепи первичного тока (в момент электровзрыва), а роль нагрузки выполняет плазменный виток в горячем газе, образовавшемся при взрыве спиралей.

В случае цилиндрической геометрии системы магнитное поле создаётся внутри индуктивного накопителя энергии (индуктора), выполненного в виде длинной цилиндрической катушки. Если через витки катушки пропускается

импульс тока, то внутри разрядного объёма катушки создаётся магнитное поле с изменяющейся индукцией, в результате чего в контуре радиуса г индуцируется вихревое электрическое поле. Разряд может развиться лишь при

2 Е

выполнении условий: В1тп»2ц0р |Э5/Зг|>—где р - газокинетическое

9 ^

давление внешнего газа, Еа - напряженность электрического поля в контуре с

радиусом г-а, при котором происходит электрический пробой газа. Для развития такого разряда в атмосфере амплитуда импульса магнитного поля

должна составлять втт > 2,5 Тл, а скорость спада \дВ/д(\ > 410 .

На основе уравнений Максвелла получено соотношение, которое задаёт параметры импульса первичного тока, обеспечивающие возможность возникновения индукционного разряда с током J(t).

В системе с тороидальной геометрией плазмы плазменный виток в виде кольца с полоидальным поверхностным током создает тороидальное магнитное поле, которое имеет малый радиус а и большой радиус Я. Плазменный виток расположен внутри вихревого газового кольца, обеспечивающего устойчивость системы. Устойчивость такой системы имеет три составляющих:

— существование равновесного состояния кольца,

— устойчивость кольца по отношению к изменению формы,

— устойчивость кольца к изменению размеров в состоянии равновесия при неизменной форме.

Показано, что равновесное состояние кольца существует, когда

¡2р

равновесный ток равен J0 = 2пЯ- \— . Отсутствие полоидального магнитного

поля обеспечивает устойчивость кольца по отношению к изменению формы при любых длинах волн возмущения в кольце. Условия устойчивости равновесия кольца при неизменности его формы реализуется, если а</?/3 и

среднеквадратичная скорость движения слоев газа в вихревом кольце больше

В процессе предварительных экспериментальных исследований воспроизводимость результатов поначалу была относительно низкой. Одной из причин этого являлось, отсутствие чёткого понимания роли магнитных сил в индуктивных накопителях, и этот пробел в значительной степени исправлен в данной главе. Для решения данной задачи было получено выражение, определяющее величину силы, затягивающую токопроводящий виток к центру тора: В используемой установке эта сила составляет сотни ньютон, в зависимости от радиуса тороидального накопителя. Исходя из этого, предложен способ крепления тороидального накопителя энергии, повышающий воспроизводимость результатов более чем в 2 раза. Этот способ указывает на необходимость установки силовых опорных элементов для предотвращения сдвига витков к центру тора.

В рамках исследования получены следующие новые результаты:

1) разработана методика ввода энергии в плазму с учётом возможности развития импульсного индукционного разряда с плотной плазмой,

2) выработаны требования к экспериментальным установкам, реализующим такой разряд,

3) предложен способ крепления тороидального накопителя энергии, повышающий воспроизводимость результатов более чем в 2 раза.

4) установлена зависимость времени жизни автономных плазменных образований в открытой атмосфере на основе электрического взрыва проводников от радиуса взрывающегося тороидального накопителя энергии, от мощности и амплитуды первичного тока.

Полученные результаты позволили сформулировать следующие научные положения.

1. Установка силовых опорных элементов для предотвращения сдвига

токопроводящих витков тороидального накопителя энергии повышает

/

воспроизводимость результатов экспериментов по получению долгоживущих плазмоидов в 2 раза.

2. При электрическом взрыве свернутых в тор медных спиралей в импульсном магнитном поле с амплитудой индукции 2,5 Тл, созданном внутри спиралей, формируется плазменная тороидальная структура.

Третья глава посвящена экспериментальной реализации метода ввода энергии в плазму и проверке теоретической модели индукционного разряда.

В состав экспериментальной установки входят: силовая система, испытательная камера, сменные газоразрядные стенды, управляющая регистрационно-измерительная система.

Установка работает следующим образом.

После заряда конденсаторной батареи и готовности регистрационно-измерительной управляющей системы подаётся команда на включение блока быстродействующих тиристоров, в результате чего на нагрузку поступает импульс напряжения, который приводит к возникновению соответствующего импульса тока. Амплитуда и фронты этого импульса тока определяются характеристиками цепи газоразрядного стенда, внутренним сопротивлением и индуктивностью разрядного контура силовой системы.

Для подтверждения теоретической части были проведены серии экспериментов с использованием стендов двух типов:

1. На основе взрыва линейной проволоки внутри цилиндрического накопителя энергии (с целью проверки метода вода энергии в плазму при быстром спаде сильного магнитного поля);

2. На основе взрывающейся спирали, свёрнутой в тор (с целью проверки структуры автономных плазменных образований).

Рассмотрим вначале результаты экспериментов с использованием газоразрядного стенда первого типа без наложения магнитного поля на

разрядную камеру. В этом случае электрический взрыв проводника приводил к появлению короткоживущего плазменного сгустка. Время жизни составляло порядка 30 мс.

Затем были проведены эксперименты с наложением сильного и быстроспадающего магнитного поля на разрядную камеру с взрывающейся проволокой. В этом эксперименте роль прерывателя тока исполняла сама взрывающаяся проволока, так как она была включена последовательно с катушкой, создающей сильное магнитное поле. В этом случае время жизни оказывалось около 100 мс.

Экспериментальные результаты чётко показывают на существенное влияние сильного и быстроспадающего магнитного поля на процесс ввода энергии в плазму. Повышение времени жизни, более чем в 2 раза (от 30 мс до 100 мс) плазменных образований свидетельствуют о повышении внутренней энергии плазмы.

С целью проверки возможности формирования равновесного состояния плазмы, проводились экспериментальные исследования при индукционном разряде в сильном и быстроспадающем магнитном поле в электрически взрываемом индуктивном накопителе энергии тороидальной формы. Электрически взрываемый индуктивный накопитель энергии был выполнен на основе электрически взрываемых 4-х спиралей, свёрнутых в тор. Спирали электрически соединялись с выходными электродами в испытательной камере. Согласно теоретической модели расчетное время жизни автономного плазменного образования составляет 1,7 с. Видеозапись эксперимента, с частотой 30 кадров в секунду, зарегистрировала 48 кадров с присутствием светящегося образования. Это соответствует экспериментально наблюдаемому времени жизни плазмоида 1,6 с.

Полученные кадры видеосъемки были обработаны с помощью программного обеспечения Р1ХЫ1. Наложение фильтров при обработке позволило снять свечение и получить изображение, по которому можно судить

о распределении температуры, а следовательно и о тороидальной структуре самого плазменного образования.

В рамках проведенных исследований были получены следующие новые результаты:

1. Определено влияние сильного быстроспадающего магнитного поля на время жизни автономных плазменных образований в открытой атмосфере.

2. Созданы газоразрядные стенды цилиндрической и тороидальной конфигурации для установки «ИНГИР-Мега-15».

3. На созданной экспериментальной установке впервые получены плазмоиды с временем жизни более 1 секунды на основе электрического взрыва свёрнутых в тор медных спиралей.

4. Экспериментально получены сведения об объемной структуре плазменных образований, формирующихся предложенным методом.

Полученные результаты позволили сформулировать следующее научное положение.

При электрическом взрыве линейного проводника во внешнем импульсном

магнитном поле с амплитудой В >2,5 Тл и скоростью спада \дВ/д^ > ^ ^ , где г

— радиус взрывной камеры (м), время э/сизни плазменного сгустка повышается в 2 раза по сравнению с электрическим взрывом без налоэ/сения внешнего магнитного поля.

Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы использовались на кафедре «Общая и экспериментальная физика» РГРТУ при выполнении НИР по проведению исследований индукционного разряда при быстром спаде сильного магнитного поля в горячей плазме с использованием установки «ИНГИР-Мега-15», а также внедрены в учебный процесс по дисциплине «Физические основы электронных и ионных процессов».

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Плотная плазма и способы её получения

Плазма, являющаяся наиболее распространенным состоянием вещества в космосе (звезды, межзвездная среда, ионосферы планет), на Земле в природных условиях встречается лишь при грозовых разрядах и в пламени. В лабораториях и промышленности, однако, вещество в плазменном состоянии встречается весьма широко [1]. Низкотемпературная плазма широко применяется в радиоэлектронных приборах, плазмотронах, МГД-генераторах, газовых лазерах и многих других устройствах, а в последние годы и в промышленных технологиях.

Наиболее важными характеристиками плазмы являются температура и плотность заряженных частиц. Имеется целый ряд природных плазменных космических объектов, температура которых превышает миллион градусов (100 эВ). Такую плазму называют высокотемпературной. В течение последних пятидесяти лет высокотемпературную плазму получают и исследуют в лабораториях.

Если плотность заряженных частиц в газе очень мала, то они взаимодействуют, в основном, с нейтральными частицами. Такое взаимодействие является короткодействующим, и основную роль в таком ионизованном газе играют парные столкновения. Когда плотность заряженных частиц возрастает, постепенно возрастает роль взаимодействия заряженных частиц друг с другом [2].

В том случае, когда дебаевский радиус меньше характерных размеров ионизованного объекта, среду принято называть плазмой. Если приложить к плазменному объекту внешнее поле, то оно будет проникать внутрь на глубину лишь порядка дебаевского радиуса, величина которого может меняться для разных объектов от микроскопических до космических размеров [3].

За последние несколько десятилетий работы в области газовых лазеров, МГД-генераторов, мощных СВЧ устройств, высоковольтных разрядников,

искровых и стримериых камер привели к развитию исследований процессов в низкотемпературной плазме, в том числе и при давлениях порядка атмосферного [4].

По степени равновесности плазму разделяют на равновесную, стационарную неравновесную и нестационарную неравновесную. Для полного определения состояния термодинамически равновесной плазмы достаточно знать ее температуру и давление (плотность), остальные характеристики определяются из термодинамических соотношений. Функции распределения задаются распределениями Максвелла и Больцмана. Излучение находится в равновесии с поглощением.

Исследование состояния различных плазм, их компонентный состав и распределение по состояниям, при заданных внешних условиях есть одна из основных задач физики низкотемпературной плазмы [4].

Плазма высокой плотности, в которой существенны эффекты неидеальности, реализуется во многих природных явлениях и технических устройствах [5]. Это плазма электронов в твердых и жидких металлах, полупроводниках и электролитах, сверхплотная плазма Солнца, глубинных слоев планет-гигантов Солнечной системы и космофизических объектов, для которых свойства плазмы определяют их структуру и эволюцию.

В последнее время возрос интерес к изучению плазмы высокого давления в связи с реализацией ряда энергетических проектов и устройств, действие которых основано на импульсной локальной концентрации энергии в плотных средах. Неидеальная плазма представляется перспективным рабочим телом в мощных стационарных и импульсных МГД и взрывомагнитных генераторах [6], энергоустановках и ракетных двигателях с газофазным реактором [7], в устройствах плазмохимической промышленной технологии. Неидеальная плазма возникает при ядерных взрывах [8], при взрывном испарении лайнеров пинчей и магнитокумулятивных генераторов, при воздействии мощных

ударных волн, лазерного излучения, электронных и ионных пучков на конденсированное вещество и во многих других случаях.

Потребность в знании физических характеристик неидеальной плазмы возникает при реализации идеи импульсного термоядерного синтеза, осуществляемого путем лазерного, электронного, ионного или рентгеновского обжатия сферических мишеней [9].

Жидкие электролиты и особенно растворы щелочных металлов в аммиаке [10] представляют собой сильнонеидеальную плазму в весьма широком диапазоне изменения параметров вырождения и взаимодействия.

В собственных и примесных полупроводниках число электронов и дырок варьируется в широких пределах изменением температуры и концентрации примесей. При интенсивном световом облучении электроны, оптически возбужденные в зону проводимости, образуют плазму [11].

Экспериментальное исследование планет-гигантов Солнечной системы автоматическими кораблями дает богатую информацию об их физических свойствах, что стимулирует создание их современных моделей, используя теорию неидеальной плазмы. [12].

Среди многочисленных технических применений неидеальной плазмы наиболее важные относятся к энергетике, так как с ионизованной плазмой высокой плотности связывается разработка и реализация целого ряда перспективных энергетических проектов. В настоящее время наряду с термоядерными системами магнитного удержания горячей плазмы развивается альтернативное направление — инерционный управляемый термоядерный синтез [13].

На использование неидеальной плазмы ориентирован другой энергетический проект газофазного ядерного реактора [14]. Это устройство представляет собой реактор полостного типа, в центре которого находится урановая плазма высокого давления. Такое устройство является основой для создания атомных электростанций, компактных космических энергоустановок,

ракетных двигателей и т.п. [14]. Высокие температуры и требования критичности приводят к необходимости иметь в полости газофазного реактора давление в сотни атмосфер

Характерный для неидеальной плазмы высокий уровень удельной электропроводности при значительной сжимаемости делает ее перспективным рабочим телом магнитогидродинамических (МГД) генераторов [15]. Схема МГД-генератора закрытого цикла, использующего неидеальную плазму цезия и натрия, рассмотрена в [16]. С использованием ударно-сжатой неидеальной ксеноновой плазмы при давлении в несколько ГПа связывается создание компактного взрывного МГД-генератора с самовозбуждением магнитного поля [17].

Еще одна важная область применения неидеальной плазмы — физика пылевой плазмы и целый ряд ее приложений. Среди них — электрофизика продуктов сгорания ракетных топлив, технология изготовления приборов микроэлектроники, технология плазменного напыления, технология обработки материалов лазерным и электронным излучением [18],[19]. Пылевая плазма обнаружена вблизи искусственных спутников земли и в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы [20].

Неидеальная плазма образуется при мощных электрических разрядах в жидкостях и твердых средах, её свойства определяют динамику движения ударных волн. Они возникают при электрических взрывах тонких проволочек в конденсированных средах, при электрическом пробое жидких и твердых диэлектриков. Электрогидроимпульсные разряды находят широкое применение в промышленности для интенсификации механических и химико-технологических процессов [21].

В [22] описаны схемы, конструкции и характеристики ряда оригинальных плазмотронов, обладающих широким диапазоном параметров нагреваемого газа и высокой эффективностью. Большое внимание уделено описанию

физических процессов в плазмотронах, а также методам расчета характеристик электрической дуги.

Теоретические и экспериментальные исследования долгоживущих плазменных образований проводятся достаточно давно [23].

В работах [24],[25] экспериментально показано, что при добавлении в ВЧ-разряд молекул Н20 удается синтезировать, холодную неравновесную плазму с аномальными свойствами: низкой температурой нейтральных и заряженных частиц; аномально большим временем распада; уплотнением холодной плазмы газового разряда; появлением границы раздела между областями переохлажденной плазмы. Плазменные образования, полученные таким путем, имеют время жизни порядка 6-8 мс.

Приведенные эксперименты по пробою влажного воздуха показали, что существует оптимальная концентрация паров воды, при достижении которой удается увеличить на несколько порядков время распада плазмы [26].

Проведенные в лабораторных условиях и в открытом пространстве эксперименты подтвердили предположение о том, что для формирования долгоживущего плазменного образования наиболее важны параметры ионизирующего излучения и наличие переохлажденной плазмы [27]. Кроме паров воды в качестве средства охлаждения могут служить и другие вещества, вызывающие понижение температуры отдельных компонент плазмы.

Ряд исследователей склоняется к представлению о том, что плазмоидные образования могут иметь квантовую природу. Одной из гипотез является представление о существовании естественного фона электронного Бозе-конденсата (ФЭБК), взаимодействие с которым может приводить при определенных условиях к образованию устойчивых плазменных структур. Спектр плазменных колебаний должен соответствовать энергетическому спектру ФЭБК, ряд частот которого, в соответствии с теоретическими и экспериментальными данными, лежит на уровне десятков МГц. [28].

В [29] представлен разряд, в котором возникают автономные плазменные образования. Эти объекты представляют собой светящиеся шары размером 1020 см с довольно резкими верхними и боковыми границами, всплывающие в атмосфере от поверхности воды. Время существования объектов составляет несколько десятых долей секунды, а интенсивность их излучения монотонно снижается от ослепляющей до едва заметной, форма постепенно теряется. Схема установки показана на рисунке 1.1 [30].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Маношкин, Алексей Борисович, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. -576 с.

2. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. -Москва: Атомиздат, - 1979. - 322 с.

3. Князев Б.А. "Низкотемпературная плазма и газовый разряд" // Конспект лекции Части 1 и 2 Пробная интернет-версия, Новосибирск, 2000 -164 с.

4. Котельников И.А., Ступаков Г.В. Лекции по физике плазмы: Учеб. пособие, Новосибирск: НГУ, 1996 - 136 с.

5. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Якубов И.Т., Физика неидеальной плазмы. Учеб. пособие. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 - 528 с.

6. Биберман Л.М., Ликальтер A.A., Якубов И.Т. // ТВТ. 1982. Т. 20, № 3. С. 565-572.

7. Грязнов В.К., Иосилевский И.Л., Красников Ю.Г и др. Под ред. Иевлева В.М. / Теплофизические свойства рабочих сред ядерной энергетической установки с газофазным реактором — М.:Атомиздат, 1980 -303 с.

8. Ragan С.Е., Silbert М. G., Diven В. С. Shock compression of molybdenum to 2 TPa during nuclear explosion // J. Appl. Phys. 1977. Vol. 48, № 7. P. 2860-2870.

9. Прохоров A.M., Анисимов С.И., Пашинин П.П. Лазерный термоядерный синтез // УФН. - 1976. -Т. 119. - № 3. - С. 401 - 424.

10. Lepouter М. Metal Ammoniac Solutions. — N.Y.: Acad. Press, 1965.

11. Электронно-дырочные капли в полупроводниках / Под. ред. Джеффриса К. Д. и Келдыша Л. В. — М.: Мир, 1988.

12. Кучеренко В.И., Павлов Г.А., Грязнов В.К., Сон Э.Е., Фортов В.Е. / Теплофизические свойства плазмы смеси гелия с водородом: Препринт. — Черноголовка: Изд. ОИХФ АН СССР, 1978. - 528 с.

13. Лазеры и термоядерная проблема / Под ред. Кадомцева Б. Б. — М.: Атомиздат, 1973.

14. Иевлев В.М. // Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт. 1977. №6. С. 24-31.

15. Недоспасов A.B.//УФН. 1977. Т. 123, № 1. - С. 333 - 348.

16. Iakubov I.T., Vorobjev V.S.//Astronautics Acta. 1974. Vol. 18.P. 79-83.

17. Rogers F.J., Ross M., Haygein G.L., Wong L.K. TBT Report UCID-19557,1980.

18. Алексеев B.A., Веденов A.A., Красицкая Л.С. и др. // Письма в ЖЭТФ. 1970. Т. 12, №11.- С. 501-504.

19. Цытович В.Н. // УФН. 1997. Т. 167, № 1. - С. 57-59.

20. Winter J. II Phys. Plasmas. 2000. Vol. 7, № 10. P. 3862-3866.

21. Иванов B.B., Швец И.С, Иванов A.B. Подводные искровые разряды. — Киев: Наукова думка, 1982. - 190 с.

22. Коротеев A.C., Миронов В.М., Свирчук Ю.С. // Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет —М.: Машиностроение, 1993. - 296 с.

23. Синкевич O.A.// ТВТ. 1997 Т.35 №4 С.651-664

24. Протасевич Е.Т. Высокочастотный разряд во влажном воздухе при давлениях 1-20 мм рт. ст. // «Физика космической и лабораторной плазмы», Под ред. А.Г. Пономаренко. СОАН, Новосибирск: Наука, 1989. С. 170—174.

25. Протасевич Е.Т. Капичка В., Браблец А. Резонансное охлаждение плазмы ВЧ-разряда парами воды // ЖТФ, 1985, т.55, №4, С.743-745

26. Григорьев. В.П., Протасевич Е.Т., Бейсамбаев Ж.К. Исследование физико-химических процессов при ионизации влажного воздуха // Сиб. физ.-тех. журн., 1992, № 3, С.57-62

27. Протасевич Е.Т. Холодная неравновесная плазма газового разряда //ТВТ, 1989, Т.27, №6, С.1206-1218

28. Авраменко Р.Ф., Гришин В.А., Николаева В.И., Пащина A.C., Поскачеева Л.П. // Прикладная физика, 2000, № 3, с. 167-177

29. Шабанов Г.Д. // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28. № 4. С. 81

30. Егоров А.И., Степанов С.И. // ЖТФ,- 2002. - Т. 72, - Вып. 12, -С.102-104

31. Емелин С.Е. и др. // Сб. докладов VI межд. конф. Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей. С-Пб. 26-30 июня 2000г. С.191

32. Емелин С.Е., Семенов B.C., Бычков В.Л. и др. // ЖТФ. 1997. Т. 67. № 3. С. 19

33. Шевкунов C.B. //ЖЭТФ 2001. Т.. 119. № 3. С. 485-508.

34. Фуров Л.В. Генератор автономных долгоживущих образований // ПТЭ, - 2004-Т.47, №5. -С. 143-144

35. Кунин В.Н., Залазаев П.М., Градусов Б.Ф. и др. // В сб.: Вопросы низкотемпературной плазмы и магнитогидродинамики.- Рязань, 1978.- С. 3-37.

36. Кунин В.Н., Фуров Л.В. // Изв.вузов. Физика. 1990. N6. С.119.

37. Взрывающиеся проволочки // Под ред. А.А.Рухадзе. М.: ИИЛ, 1963.-341 с.

38. Месяц Г.А. / Импульсная энергетика и электроника. - Москва: Наука, - 2004. - 704 с.

39. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. / Импульсный электрический разряд в вакууме. - Новосибирск: Наука, - 1984.-256 с.

40. Бурцев В А., Калинин Н.В., Лучинский A.B. / Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках. - Москва: Энергоатомиздат, - 1990. - 288 с.

41. Месяц Г.А. / Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. -М.: Наука, - 2000.-424с.

42. Handbook of Chemistry and Physics / Ed. by R.C. Weast, M.J. Astle, and W.H. Beyer. Boca Raton: CRC press, - 1989.

43. Ковальчук Б.М. Котов Ю.А., Месяц Г. А. Наносекундный сильноточный ускоритель электронов с индуктивным накопителем // ЖТФ. 1974. т. 44, вып. 1. С. 215-217.

44. Соболев Н.Н. Исследование электрического взрыва тонких проволочек // ЖЭТФ. 1947. Т. 17. Вып. Л1. С. 986-997.

45. Кварцхава И.Ф., Бондаренко В.В., Плютто А.А., Чернов А.А. Осциллографическое определение энергии электрического взрыва проволочек //ЖЭТФ. 1956. Т. 31, вып. 5. С. 745-751.

46. Котов Ю.А., Колганов Н.Г., Седой B.C. Формирование высоковольтных импульсов с помощью взрыва проводников // Мощные наносекундные импульсные источники ускоренных электронов / Под ред. Г.А. Месяца. - Новосибирск: Наука, 1974.- С. 83-96.

47. Maisonnier Ch.9 Linhardt J.G., Gourlan С Rapid Transfer of Magnetic Energy by Means of Exploding Foils // Ibid. 1966. Vol. 37. P. 1380-1388.

48. Janes G.S., Koritz H. High-Power Pulse Steepening by Means of Exploding Wires // Rev. Sci. Instrum. 1959. Vol. 30, N 11. P. 1032-1037.

49. Месяц Г.А. / Генерирование мощных наносекундных импульсов. -М.: Сов. радио, - 1974. - 256 с.

50. Bennett ED. High Temperature Exploding Wires // Progress in High Temperature Physics and Chemistry / Ed. by C.A.Rouse. Oxford: Pergamon press, 1967. Vol. 1.

51. Darznek S.A., Mesyats G.A., Rukin S.N, Tsiranov S.N. Theoretical Model of the SOS Effect // Proc. XI Intern. Conf. on High Power Particle Beams. Prague, 1996. Vol. 2. P. 1241-1244.

52. Дарзнек C.A., Месяц Г.А., Рукин C.H. Динамика электронно-дырочной плазмы в полупроводниковых прерывателях сверхплотных токов // ЖТФ. 1997. Т. 67, вып. 10. С. 64-70.

53. Рукин С.Н, Цыранов С.Н. Влияние объемного заряда на работу мощного полупроводникового прерывателя тока // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30, вып. 1. С. 43-50

54. Райзер Ю.П., Физика газового разряда. - М.: Наука, - 1987.-592 с.

55. Арцимович JI.A. Управляемые термоядерные реакции. - М.: ГИФМЛ, 1963. - 496 с.

56. Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы - М.: Мир. 1975527 с.

57. Власов А.Н. О возможности создания и стабилизации обращенного 9-пинча// Сборник рефератов НИОКР, обзоров, переводов и депонированных рукописей, № 10296. - М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. «ЭЛ». № 3. 1986.

58. Власов А.Н. Индукционный разряд для получения долгоживущих плазмоидов // Вестник РГРТУ. № 1 (Выпуск 39). Часть 2. - Рязань. - 2012. -С.108-117.

59. Семёнов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. - М.: СОЛОН-Р, 2001. - 327 с.

60. Шафранов В.Д. О равновесных магнитогидродинамических конфигурациях // ЖЭТФ. - 1957. - Т. 33. - С. 710-722.

61. Кузелев М.В., Рухадзе А.А., Стрелков П.С. Плазменная релятивистская СВЧ-электроника / под ред. А.А. Рухадзе. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 544 с.

62. Колотилин Б.И., Колесников С.А. Расчёт параметров установки для получения плазмоидов при электровзрывах свёрнутых в тор проволочных спиралей // Вестник РГРТУ. Вып.21. - Рязань. - 2007. - С.65-68.

63. Верещагин Н.М., Фокин Р.В. Тиратрон ТГИ1-270/12 как размыкатель тока для индуктивного накопителя энергии // Вестник РГРТА. Вып. 13. - Рязань. - 2003. - С.69-71.

64. Vlasov A.N., Kolotilin B.I., Kolesnikov S.A., Manoshkin A.B., Panin V.V. Expérimental researches of electrical explosion of the wire spiral turned in the

torus and dipped in water // 13th International Conference on Condensed Mater Nuclear Science (program and abstracts) // International society of condensed mater nuclear science, Russian physical society. - Dagomys, city of Sochi, 2007. - P. 41.

65. Власов A.H. Мощный импульсный индукционный разряд с плотной плазмой внутри индуктивного накопителя энергии // Вестник РГРТУ. Вып.21. - Рязань. - 2007. - С.73-81.

66. Vlasov A.N., Kolesnikov S.A., Manoshkin А.В. Features of electrical explosion of the wire spiral velocities in the torus // Proceedings of the 7th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics in Aerospace Applications. Ed. V.A. Bityurin. - Moscow, JIHT RAS, 2007. - P. 148-150.

67. Vlasov A.N., Kolesnikov S.A., Manoshkin A.B. Getting of Long-Living Plasma Object in the Atmosphere by Method of Electric Explosion of Wire Spiral Turned in Tor // AIS-2008: Atmosphere, Ionosphere, Safety: Book of Abstracts; Supported by Russian Foundation of Basic Research / Editor I.V. Karpov. -Kaliningrad, 2008. - P. 128-129.

68. Тихонов A.H., Самарский A.A., Заклязминский JI.A. и др. Нелинейный эффект образования самоподдерживающегося высокотемпературного электропроводного слоя газа в нестационарных процессах магнитной гидродинамики //ДАН СССР. - 1967. - Т. 173. - № 4. - С. 808-811.

69. Миямото К. Основы физики плазмы и управляемого синтеза / Перевод с англ. под общей ред. В.Д. Шафранова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. -424 с.

70. Vlasov A.N., Kolesnikov S.A., Manoshkin А.В. Getting of Plasma Object by Exploding Wire in Center of a Hot Vortex Ring // AIS-2008: Atmosphere, Ionosphere, Safety: Book of Abstracts; Supported by Russian Foundation of Basic Research / Editor I.V. Karpov. - Kaliningrad, 2008. - P. 129-130.

71. Власов A.H. О возможности формирования тороидального токового слоя при искровом разряде //ЖЭТФ. - 1990. - Т. 97. - С. 468-475.

72. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: учеб. пособие. В 10 т. Т. II. Теория поля. 7 изд., испр. - М.: Наука, 1988. - 512 с.

73. Синельников К.Д., Руткевич Б.Н. Лекции по физике плазмы. -Харьков: Изд-во ХГУ, 1964. - 242 с.

74. Сивухин Д.И. Общий курс физики. Т. V. Атомная и ядерная физика. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 784 с.

75. Vlasov A.N., Kolotilin В.I., Kolesnikov S.A., Manoshkin A.B., Panin V.V. Experimental Researches of Electrical Explosion of the Wire Spiral Turned in the Torus and Dipped in Water // Proceedings of the 13th International Conference on Condensed Mater Nuclear Science (ICCF-13). - Dagomys, city of Sochi, June 25 -July 1, 2007. Moscow: MATI, 2008. - P. 147-152.

76. Vlasov A.N., Kolesnikov S.A., Manoshkin A.B., Panin V.V., Potashevsky S.S. Exploding wire spirals rolled up in toroidal form // XXIV International Conference on Interaction of Influence Energy Fluxes with Matter. March 1-6, 2009, Elbrus, Russia. Book of Abstracts. Moscow & Chernogolovka & Nalchik, 2009.-P. 194-195.

77. Власов A.H., Жимолоскин C.B., Николаев A.B., Маношкин А.Б., Панин В.В., Поташевский С.С. Об особенностях индуктивных накопителей энергии в экспериментальной установке «ИНГИР-МЕГА-15» // Вестник РГРТУ. - 2013. - Вып. 44. - С. 101-106.

78. Власов А.Н., Колесников С.А., Маношкин А.Б. Об особенностях электрического взрыва проволочной спирали, свернутой в тор // Тезисы XXII международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» // Российская академия наук. Эльбрус - 2007. С. 192-193

79. Власов А.Н., Дубков М.В., Буробин М.А., Жимолоскин С.В., Маношкин А.Б. Экспериментальная установка «ИНГИР-МЕГА-15» для получения и исследований индукционного разряда // Вестник РГРТУ. - 2013. -Вып. 43. - С. 90-95.

80. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

81. Власов А.Н., Маношкин А.Б., Панин В.В. Оптимизация параметров электровзрыва проводников для повышения времени жизни плазмоидов // Проблемы холодной трансмутации ядер химических элементов и шаровой молнии: программа и тезисы 17-й российской конференции по холодной трансмутации ядер химических элементов и шаровой молнии. Дагомыс, Сочи, 26 сентября - 3 октября 2010 г. - М.: МАТИ, 2010. - С. 22.

82. Власов А.Н., Жимолоскин С.В., Маношкин А.Б., Поташевский С.С. Установка «ИНГИР-МЕГА-15» для получения сильных импульсных магнитных полей и исследований индукционных разрядов // Инновации в науке, производстве и образовании : сб. тр. науч.-практ. конф. / отв. ред. К.Н. Гаврилов, В.А. Степанов ; Рязан. гос. ун-т им. С.А. Есенина. - Рязань, 2013. - С. 98-101.

83. Vlasov A.N., Manoshkin А.В., Panin V.V., Potashevsky S.S., Zhimoloskin S.V. Exploding wires in the strong external magnetic field which is quickly falling down // XXVI International Conference on Interaction of Influence Energy Fluxes with Matter. March 1-6, 2011, Elbrus, Russia. Book of Abstracts. Moscow & Chernogolovka & Nalchik, 2011. - P. 49.

84. Власов A.H., Жимолоскин C.B., Колесников C.A., Маношкин А.Б., Панин В.В., Попова С.Ю., Поташевский С.С. Получение плотной плазмы при электрическом взрыве свёрнутых в тор проволочных спиралей // Инновации в науке, производстве и образовании : сб. тр. науч.-практ. конф. / отв. ред. К.Н. Гаврилов, В.А. Степанов ; Рязан. гос. ун-т им. С.А. Есенина. - Рязань, 2011. - С. 91-95.

85. Vlasov A.N., Manoshkin А.В., Potashevsky S.S., Zhimoloskin S.V. Study of electrical explosion of copper conductor in a strong external magnetic field

I I Proceedings of the 11th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics / Ed. V.A. Bityurin. - Moscow, JIHT RAS, 2012. - P. 132-136.

86. Григорьев О.П., Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Пожидаев C.JI. Тиристоры: справочник. М.: Радио и связь, 1990. - 272 е.: (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1155).

87. Мешков А.Н. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов // ПТЭ. 1965. № 5. С. 136-139.

88. Белянцев A.M., Богатырев Ю.К. Расчёт нелинейных формирующих линий //Изв. Вузов, Радиотехника. 1965. Т. 8. С. 15-21.

89. Vlasov A.N., Manoshkin А.В., Panin V.V., Popova S.U., Potashevsky S.S., Zhimoloskin S.V. Getting of Long-Lived Plasmoids Exploding Wires in Strong Magnetic Field which Quickly Falls Down // AIS-2012: Atmosphere, Ionosphere, Safety: Book of Abstracts; Supported by Russian Foundation of Basic Research / Editor I.V. Karpov. - Kaliningrad, 2012. - P. 153-155.

90. Власов A.H., Буробин M.A., Маношкин А.Б. Масс-анализ состава газов после электрического взрыва спиралей // Инновации в науке, производстве и образовании : сб. тр. науч.-практ. конф. / отв. ред. К.Н. Гаврилов, В.А. Степанов ; Рязан. гос. ун-т им. С.А. Есенина. - Рязань, 2013-С.101-105.

91. Гуров B.C., Дубков М.В., Буробин М.А., Рожков О.В., Харланов И.А. Увеличение интенсивности массового пика монопольного масс-анализатора с продольным электрическим полем // Вестник РГРТУ. № 2 (выпуск 44). - Рязань. - 2013 - С.73-76.