Физика/3.Физика плазмы и плазменная техника

Усеинов Б.М., Сизоненко С.А., Трапезников Е.В.

СКГУ им. академика М.Козыбаева, г.Петропавловск, Республика Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УСКОРЕНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ПОТОКА В РАМКАХ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ DЕLPHI 7

В последние годы активно развивается направление прикладных физических исследований, связанное с практическим осуществлением взаимодействия плазменного потока с поверхностью материалов с целью улучшения их приповерхностных свойств. Реализация такого проекта сопряжена с решением целого ряда задач, одной из которых является проблема создания и ускорения плазменного потока.

В данной работе приводятся результаты исследования процессов ускорения плазменного потока, формируемого в ИКУ(импульсный коаксиальный ускоритель) со сплошным наполнением рабочего газа методами компьютерного моделирования в рамках электродинамической модели.

Предполагается, что ускорение плазменного потока можно описать в рамках электродинамической модели, из выводов которой можно получить выражение для скорости плазмы имеет следующий вид.

, (1)

Расчёт для параметров ускорителя МК-200, дал значение скорости _рас=1,63×10⁷ cм/c, h = 0,1, что соответствует среднему значению скоростей из интервала (10⁷-4×10⁷)см/c, полученных на этом ускорителе экспериментально.

Используя алгоритм написания программ в программной среде Delphi 7, было произведено компьютерное моделирование, по результатам которого были получены необходимые зависимости. Перечислим данные зависимости:

1. зависимость абсолютной скорости плазменного потока от времени;

2. зависимость относительной скорости плазменного потока от времени;

3. зависимость энергии плазменного потока от времени;

На рисунке 1. представлена зависимость относительной скорости плазменного потока от времени. Данная величина является безразмерной, так как рассматривается относительно скорости света. График зависимости носит экспоненциальный характер. Также видно, что ускорение происходит в узком интервале времени порядка нескольких микросекунд.

Рисунок 1. Зависимость относительной скорости плазменного потока от времени.

Для более физического представления порядка скорости плазменного потока необходимо рассмотрение абсолютных единиц её измерения. Для этого необходимо введение в формулу (3) коэффициента с=3×10 м/с. На рисунке2 представлена зависимость абсолютной скорости плазменного потока от времени прираличных запусках ускорителя..

Рисунок 2. Зависимость абсолютной скорости плазменного потока от времени.

Данная зависимость носит подобный характер. Отличием является предел скорости плазменного потока. Используя данные, полученные экспериментально, получаются значения абсолютной скорости плазменного потока, которые удовлетворяют эксперименту.

При исследовании процесса ускорения плазменного потока невозможно не использовать такое понятие как «энергия» плазменного потока. График на рисунке 3 отображает зависимость данной величины от времени.

Рисунок 3. Зависимость энергии плазменного сгустка на выходе ускорителя от времени.

Полученные значения энергии плазменного потока на выходе ускорителя удовлетворительно согласуются с опытными значениями