Самосогласованные механизмы формирования плазменных потоков в системе плазма-электромагнитное волны

Проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование особенностей формирования долгоживущих плазменных сгустков с энергичной электронной компонентой при гиромагнитном авторезонансном взаимодействии электронов со сверхвысокочастотными электромагнитными полями в изменяющемся во времени магнитном поле длинного пробкотрона. Использованный подход не требует инжекции частиц извне в зону ускорения, поскольку частицы могут генерироваться непосредственно внутри пробкотрона при использовании специальных условий электронно-циклотронного резонанса как составляющей части рабочего режима. Проведено детальное исследование углового распределения тормозного излучения в различных режимах. Результаты этого исследования позволили определить оптимальное значение временного интервала ∆τ между импульсным магнитным полем и передним фронтом СВЧ-импульса, обеспечивающее эффективный захват электронов в режим авторезонанса. Найдено, что интенсивность и энергия фотонов тормозного излучения в радиальном направлении существенно выше, чем в осевом. Наблюдаемые изменения интенсивности и спектрального распределения тормозного излучения при изменении рабочих параметров эксперимента (временные характеристики изменения рабочих параметров, амплитуда импульсного магнитного поля, напряженность электрического поля волны накачки, диапазон рабочих давлений) позволили определить зависимость числа первоначальных частиц, захваченных гиромагнитным авторезонансом, от рабочих параметров. Результаты экспериментальных измерений находятся в хорошем соответствии с результатами численного моделирования процесса. Выполнены теоретические исследования, касающиеся некоторых аспектов динамики плазмы в скрещенных магнитном и электрическом полях. Представлена трактовка формирования в плазменных потоках долгоживущих макроскопических структур типа «спиц»? наблюдаемых в различных плазмодинамических системах, таких как электрические ракетные двигатели холловского типа, магнетронные разряды, источники многозарядных ионов и др. Согласно этой трактовке, «спицы» являются огибающими волновых пакетов, формируемых высокочастотными колебаниями, возникающими в результате градиентно-дрейфовой неустойчивости плазмы. Проведено исследование влияния тороидального вращения плазмы в аксиально-симметричных тороидальных системах магнитного удержания на формирование в плазме крупномасштабных осесимметричных структур типа зональных течений. Изучено влияние анизотропии равновесного давления плазмы на спектр низкочастотных магнитогидродинамических возмущений. Определена зависимость непрерывного МГД спектра от свойств динамического плазменного равновесия. Впервые показана возможность существования осесимметричных собственных мод типа зональных течений на периферии тороидально-вращающегося плазменного шнура с изотропным равновесным давлением. Показано, что при динамическом равновесии, при котором плотность плазмы постоянна на магнитных поверхностях, низкочастотная мода зональных течений неустойчива даже при твердотельном профиле вращения плазмы. Эта неустойчивость может являться источником возникновения дифференциального полоидального вращения на периферии плазмы токамака.