Можно ли сделать устойчивым плазменный шнур в газоразрядной трубке?

 

Не вдаваясь в подробное рассмотрение, скажем, что, по-видимому, эта задача полностью неразрешима. Но можно сделать плазменный шнур более устойчивым, применив достаточно сильное внешнее магнитное поле вдоль самого шнура. Это поле будет до некоторой степени противодействовать изгибу и перетяжке шнура, т. е. создавать его жесткость. Улучшить устойчивость процесса можно также, сделав стенки газоразрядной камеры проводящими. В этом случае изгиб плазменного шнура создаст в близлежащей проводящей стенке токи, магнитные поля которых будут противодействовать искривлению шнура. Однако все эти меры не дают возможности получить самоподдерживающегося процесса в разрядной трубке. Импульсный разряд, длящийся миллионные доли секунды, не приводит к равновесному состоянию, при котором магнитное давление уравновешивается газовым давлением в плазменном шнуре. Для равновесного состояния плазмы необходимо более медленное (порядка 1 мсек) возрастание тока. Но тогда сжатие уже не носит характера ударной волны, как это имеет место в импульсном разряде. При более медленном нагревании плазму надо тщательно оберегать от соприкосновения с холодными стенками. Это невозможно сделать с прямой разрядной трубкой, так как, помимо всех других факторов, плазменный шнур охлаждается на концах трубки в месте соприкосновения с металлическими электродами.

Естественно, что физики перешли к исследованиям кольцевых безэлектродных трубок, разряд в которых возбуждается индукцией в переменном магнитном поле. На этом принципе была построена установка «Альфа», а в Англии — установка «Зета» (рис. 24) с тороидальными трубками. Установки типа «Альфа» и «Зета» имеют трубчатые металлические камеры, согнутые в виде огромных бубликов (торов). Камеры заполняются дейтерием при давлении от 10~3 до 10~4 мм рт. ст., затем в них возбуждается разряд, длящийся около 4 мсек с током до 200 тыс. ампер. Ток нагревает газ, а магнитное поле тока сжимает полученную плазму, не давая ей соприкасаться с холодными стенками камеры.

Легко понять, что газ в кольцевой трубке фактически является вторичной обмоткой трансформатора, состоящей из одного витка. Возникновение тока в обмотке электромагнита возбуждает соответствующий ток в газе, т. е. возбуждает газовый разряд. В тороидальном плазменном шнуре имеют место все те же неустойчивости, которые наблюдаются в прямолинейной трубке. Положение частично улучшается применением магнитного поля, возбуждаемого специальным.