High-power plasma dynamic systems of quasi-stationary type in IPP NSK KIPT: results and prospects

Abstract

This paper is devoted to brief review of main experimental results of investigations of high-power quasi-stationary plasma dynamic systems in the IPP NSC KIPT. In experiments were shown that to received accelerated plasma streams with high value of energy in quasi-stationary modes all conditions on the accelerating channel boundary should be controlled independently. As a results of optimizations of the modes of operation all QSPA active elements quasi-stationary plasma flow in the channel during 480 μs at discharge durations 550μs was obtained. The plasma streams velocity was close to theoretical limit for present experimental conditions. Plasma streams with maximum velocity up to 4.2·10⁷ cm/s and total value of energy containment in the stream 0.4…0.6 MJ were received. The main properties of compression zone formation in the plasma streams generated by magneto-plasma compressor in quasi-stationary modes were investigated. In experiments were shown that initial conditions, namely residual pressure in the vacuum chamber made a big influence on the value of plasma density in compression zone. Compressive plasma streams with density (2…4)·10¹⁸ cm⁻³ during 20…25μs at discharge duration 10μs were obtained. This value of plasma density is close to theoretical limit for present experimental conditions.

Работа посвящена краткому обзору основных экспериментальных результатов исследования мощных квазистационарных плазмодинамических систем в ИФП ННЦ ХФТИ. Показано, что для получения ускоренных потоков плазмы с большим энергосодержанием в квазистационарном режиме необходимо независимым образом управлять условиями на границах ускорительного канала. В результате оптимизации работы всех вспомогательных элементов КСПУ были получены квазистационарные течения плазмы с временем генерации 480 мкс при длительности разряда 550 мкс и скорости генерации, близкой к теоретическому пределу для данных экспериментальных условий. Получены плазменные потоки с максимальной скоростью 4.2·10⁷ см/с и полным энергосодержанием 0.4…0.6 МДж. Исследованы основные закономерности формирования компрессионных потоков плазмы, генерируемых в квазистационарном режиме магнито-плазменным компрессором. Показано, что начальные условия (в частности, давление рабочего газа) оказывают существенное влияние на плотность плазмы в зоне сжатия. Получены самосжимающиеся потоки с плотностью (2…4)·10¹⁸ см⁻³, близкой к теоретическому пределу для данных экспериментальных условий. Время существования зоны компрессии составляло 20…25 мкс при длительности разряда в МПК 10 мкс.

Робота присвячена короткому огляду основних експериментальних результатів дослідження потужних квазістаціонарних плазмодинамічних систем в ІФП ННЦ ХФТІ. Показано, що для отримання прискорених потоків плазми з великим енерговмістом у квазістаціонарному режимі необхідно незалежним чином керувати умовами на межах прискорювального каналу. У результаті оптимізації роботи всіх допоміжних елементів КСПП були отримані квазістаціонарні течії плазми з часом генерації 480 мкс при тривалості розряду 550 мкс та швидкістю генерації, близької до теоретичної межі для даних експериментальних умов. Були отримані плазмові потоки з максимальною швидкістю 4.2·10⁷ см/с і повним енерговмістом потоку 0.4...0.6 МДж. Досліджено основні закономірності формування компресійних потоків плазми, які генеруються магніто-плазмовим компресором у квазістаціонарному режимі. Показано, що початкові умови, зокрема тиск робочого газу, істотно впливають на густину плазми в зоні стиснення. Отримані самостискаючі потоки з густиною (2...4)·10¹⁸ см⁻³, яка близька до теоретичної межі для даних експериментальних умов. Час існування зони компресії становив 20...25 мкс при тривалості розряду в МПК 10 мкс.