Взрывоэмиссионные процессы в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы и линейных электрон-позитронных коллайдерах
Пресс-релиз публикации: С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц. Взрывоэмиссионные процессы в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы и линейных электрон-позитронных коллайдерах. УФН. – 2023. – 193(7). – 751-769. DOI: 10.3367/UFNr.2022.02.039163
Впервые с единой позиции, основанной на аналогии с электрическим взрывом проводников, рассмотрены процессы при инициировании радиочастотного вакуумного пробоя и функционирования униполярного дугового разряда. Использование этой аналогии подтверждено результатами моделирования взрывоэмиссионных и микровзрывных процессов на катоде с использованием широкодиапазонных уравнений состояния вещества.
Показано, что инициирование радиочастотного вакуумного пробоя происходит в результате разогрева и последующего электрического взрыва микровыступов на поверхности электродов под действием радиочастотных электрических полей (см. рис. 1). Установлено, что основной причиной реализации взрывоэмиссионных процессов при инициировании и самоподдержания униполярного дугового разряда в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы является изменение структуры и свойств поверхности диверторных пластин при воздействии на них гелиевой плазмы – основного продукта термоядерных реакций. В результате на поверхности вольфрама образуется так называемая «fuzz» структура, состоящая из отдельных нановолокон толщиной 10-20 нм (см. рис. 2). Формирование «fuzz» структуры сопровождается снижением порогового тока инициирования дугового разряда и приводит к резкому росту эрозии пластин.
Полученные результаты имеют непосредственное отношение к наиболее крупным международным научным проектам, реализуемыми в настоящее время или находящимися в стадии окончательной разработки, таким как «Международный экспериментальный термоядерный реактор» (ИТЭР) и проект создания линейного электрон-позитронного коллайдера – Компактный Линейный Коллайдер (КЛИК). В первом случае возникновение униполярной дуги приводит к проникновению в термоядерную плазму разного рода примесей - жидкометаллических капель, микрочастиц, низкотемпературных атомов и ионов. Во втором случае инициирование вакуумного пробоя приводит к появлению значительных эмиссионных токов с поверхности ускоряющей структуры, вплоть до десятков-сотен ампер, наводимые этими токами магнитные поля и поглощение энергии ускоряющей электромагнитной волны при пробое могут привести к резкому уменьшению светимости линейного коллайдера.
Пресс-релиз подготовил: ведущий научный сотрудник отдела лазерной физики ЦЕНИ ИОФ РАН, доктор физико-математических наук С.А. Баренгольц.
![pr_010_Barengolts_1.jpg pr_010_Barengolts_1.jpg](/upload/medialibrary/6bf/29609800s45ubdlbv81j2usjeejrlci4/pr_010_Barengolts_1.jpg)
![pr_010_Barengolts_2.jpg pr_010_Barengolts_2.jpg](/upload/medialibrary/2f8/61cdstodzie39vcrg4bmsv2ztk8hoexn/pr_010_Barengolts_2.jpg)
![pr_010_Barengolts_3.jpg pr_010_Barengolts_3.jpg](/upload/medialibrary/9fa/1l2rjb2zzosm9z7ej1vn5dymmolgxby2/pr_010_Barengolts_3.jpg)
Рис. 1. Двумерные профили распределения температуры электронов (левая сторона) и решетки (правая сторона) в различные моменты времени при инициировании радиочастотного пробоя. (Источник: С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц. Взрывоэмиссионные процессы в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы и линейных электрон-позитронных коллайдерах. УФН. – 2023. – 193(7). – 751-769. DOI: 10.3367/UFNr.2022.02.039163)
![pr_010_Barengolts_4.jpg pr_010_Barengolts_4.jpg](/upload/medialibrary/611/l2pfbt5k9gbbcwqrakjsem0znx9ixnot/pr_010_Barengolts_4.jpg)
![pr_010_Barengolts_5.jpg pr_010_Barengolts_5.jpg](/upload/medialibrary/32d/i472utlq4cqk9do385shujr27w336tes/pr_010_Barengolts_5.jpg)
Рис. 2. SEM изображения fuzz структуры до и после воздействия дугового разряда (Источник: С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц. Взрывоэмиссионные процессы в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы и линейных электрон-позитронных коллайдерах. УФН. – 2023. – 193(7). – 751-769. DOI: 10.3367/UFNr.2022.02.039163)