Diagnostics of plasma streams and plasma-surface interaction of essentially different duration of plasma pulses

Abstract

Studies of main characteristics of the plasma streams generated by magneto-plasma compressor (MPC) and quasi-stationary plasma accelerator QSPA Kh-50 have been performed. Main features of Plasma Surface Interaction (PSI) have been researched in dependence on plasma heat loads, plasma density and pulses duration. QSPA Kh-50 creates long pulse plasma streams (pulse length of 0.25 ms) with heat load on exposed surfaces of (0.45…0.75) MJ/m² . The MPC generates short (duration of 10…20 μs) compressed plasma streams with plasma density up to 10¹⁸ cm⁻³ , and plasma energy density of (0.05…0.5) MJ/m² . Performed studies of plasma-surface interaction include measurements of plasma energy deposited to the material surface as a function of the impacting energy and kind of targets. Temporal and spatial dependencies of electron density and temperature have been found. Special attention was paid to the dynamics of the spectral lines near surfaces of exposed targets.

Изучены основные характеристики плазменных потоков, генерируемых магнитоплазменным компрессором (МПК) и квазистационарным плазменным ускорителем КСПУ Х-50. Исследованы основные особенности плазмоповерхностного взаимодействия в зависимости от тепловой плазменной нагрузки, плотности и длительности импульса. КСПУ Х-50 генерирует длинноимпульсные плазменные потоки (длительность импульса 0,25 мс) с тепловой нагрузкой на облучаемую мишень (0,45…0,75) MДж/м² . МПК генерирует короткие (длительность 10...20 мкс) компрессионные плазменные потоки плотностью плазмы до 10¹⁸ см⁻³ и плотностью энергии в диапазоне (0,05…0,5) MДж/м² . Представленные исследования плазмо- поверхностного взаимодействия включали измерения энергии, достигающей поверхность материала, как функцию энергии плазмы и сорта материала. Получены временные и пространственные распределения электронной плотности плазмы. Особое внимание уделялось динамике спектральных линий около поверхности облучённых мишеней.

Вивчені основні характеристики плазмових потоків, що генеруються магнітоплазмовим компресором (МПК) та квазістаціонарним плазмовим прискорювачем КСПП Х-50. Досліджено основні особливості плазмовоповерхневої взаємодії в залежності від теплового навантаження, густини та тривалості імпульсу. КСПП Х-50 генерує довгоімпульсні плазмові потоки (довжина імпульсу 0,25 мс) з тепловим навантаженням на опромінену мішень (0,45…0,75) MДж/м² . МПК генерує короткі (тривалість 10...20 мкс) компресійні плазмові потоки з густиною плазми, що сягає 10¹⁸ см⁻³, та густиною енергії в діапазоні (0,05…0,5) MДж/м² . Представлені дослідження плазмовоповерхневої взаємодії включали вимірювання енергії плазми, що досягає поверхні матеріалу, як функція енергії плазмі та сорту матеріалу. Отримано часові та просторові розподіли електронної густини плазми. Особлива увага приділялась динаміці спектральних ліній біля поверхні опромінених мішеней.