нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Пінч-ефект

   
 

Пінч-ефект (від англ. Pinch - звуження, стиснення), ефект самостягіванія розряду, властивість електричного струмового каналу в сжимаемой провідному середовищі зменшувати своє розтин під дією власної, породжуваного самим струмом, магнітного поля. Вперше це явище описано в 1934 американським вченим У. Беннетом стосовно до потокам швидких заряджених частинок в газорозрядної плазмі . Термін "П.-е." введений в 1937 англійським фізиком Л. Тонкс при дослідженні дугового розряду .

Механізм П.-е. найпростіше зрозуміти на прикладі струму I, поточного уздовж осі циліндра, заповненого проводить середовищем. Силові лінії магнітного поля, створюваного I, мають вигляд концентричних кіл, площини яких перпендикулярні осі циліндра. Електродинамічна сила, що діє на одиницю об'єму провідного середовища з щільністю струму j, в СГС системі одиниць дорівнює 1/c ? [ jb ] і спрямована до осі циліндра, прагнучи стиснути середу. Що виникає стан і є П.-е. (Тут квадратні дужки позначають векторний твір ; с - швидкість світла у вакуумі ; В - магнітна індукція в розглянутому одиничному обсязі.) П.-е. можна вважати також простим наслідком Ампера закону про магнітне тяжінні окремих паралельних струмових ниток (елементарних струмових трубок), сукупністю яких є струмовий циліндр. Магнітному стисненню перешкоджає газокінетичний тиск проводить середовища, обумовлене тепловим рухом її часток; сили цього тиску спрямовані від осі струмового каналу. Однак при досить великому струмі перепад магнітного тиску стає більше газокінетичний і струмовий канал стискається - виникає П.-е.

Для П.-е. необхідно приблизна рівність концентрацій носіїв зарядів протилежного знака в середовищі. У потоках ж носіїв зарядів одного знака електричне поле просторового заряду ефективно перешкоджає стиску струму. Проходження досить великих струмів через газ супроводжується його переходом в стан повністю іонізованої плазми, що складається із заряджених частинок обох знаків. П.-е. в цьому випадку віджимає плазмовий шнур (струмовий канал) від стінок камери, в якій відбувається розряд. Т. о. створюються умови для магнітної термоізоляції плазми. Цією властивістю потужних самостискальних розрядів (їх називають Пінча) пояснюється виник у зв'язку з проблемою керованого термоядерного синтезу (УТС) інтерес до П.-е., як до найбільш простому і обнадійливому механізму утримання високотемпературної плазми.

Умови, при яких газокінетичний тиск плазми nk (Te + T i) стає рівним магнітному тиску поля струму I, описуються співвідношенням Беннета: ( 2I/cr )2 / 8 p = nk (Te + Ti). Тут n - число часток в одиниці об'єму, r - радіус пинча; Te и Ti - електронна та іонна температури, відповідно; n - число електронів в одиниці об'єму (рівне з умови квазінейтральності плазми числу іонів) ; k - Больцмана постійна . З формули Беннета випливає, що для досягнення мінімальної температури (Т ~ 10 8 К), при якій термоядерний синтез може представляти інтерес як джерело енергії, потрібно хоча і великий, але цілком здійсненний ток ~ 10 6 а. Дослідження Пінча в дейтерії почалося в 1950-51 одночасно в СРСР, США і Великобританії в рамках національних програм з УТС. При цьому основна увага приділялася двом типам Пінча - лінійному і тороїдальному. Передбачалося, що плазма в них при протіканні струму буде нагріватися не тільки за рахунок її власного електричного опору (джоулів нагрів), але і при так званому адіабатичному (тобто відбувається без обміну енергією з навколишнім середовищем) стисненні пинча. Однак у першому ж експериментах з'ясувалося, що П.-е. супроводжується розвитком різних плазмових нестійкостей (див. Магнітні пастки ). Утворювалися місцеві пережатия ("шийки") пинча, його вигини і гвинтові обурення ("змійки"). Наростання цих збурень відбувається надзвичайно швидко і веде до руйнування пинча (його розриву або викиданню плазми на стінки камери). Виявилося, що найпростіші Пінча схильні практично всіма видами неустойчивостей високотемпературної плазми і можуть служити як для їх вивчення, так і для випробування різних способів стабілізації плазмового шнура. Ток ~ 10 6 а в установках з лінійним Пінчем отримують при розряді на газовий проміжок потужних конденсаторних батарей. Швидкості наростання струму в окремих випадках ~ 10 12 а / сек. При цьому найбільш істотним виявляється не джоулів нагрів, а електродинамічне прискорення до осі токового шнура його тонкої зовнішньої оболонки (скін- шару; см. Скін-ефект ), супроводжується утворенням потужної сходящейся до осі ударної хвилі . Перетворення накопиченої такою хвилею енергії в теплову створює плазму з температурою, набагато більш високою, ніж міг би дати джоулів нагрів. З ін боку, перетворення в Пінча енергії електричного струму в теплову стає значно ефективніше, коли визначальний внесок у електричний опір плазми починає давати її турбулентність, що виникає при розвитку так званих мікронеустойчівостей (див. Плазма ).

Для потужних імпульсних Пінча в розрідженому дейтерії характерно, що за деяких умов вони стають джерелами жорстких випромінювань (нейтронного і рентгенівського). Це явище вперше було виявлено в СРСР в 1952.

Хоча в найпростіших варіантах Пінча і не вдалося вирішити завдання УТС, самостискальних розряди з'явилися своєрідною школою плазмових досліджень, дозволивши отримувати щільну плазму зі часом життя хоча і малим, але достатнім для вивчення фізики П.-е., створити різноманітні методи діагностики плазми , розвинути сучасну теорію процесів у ній. Еволюція установок, що використовують П.-е., призвела до створення багатьох типів плазмових пристроїв, в яких нестійкості П.-е. або стабілізуються за допомогою зовнішніх магнітних полів ("Токамаки", Q-Пінча і т.д.), або самі ці нестійкості використовуються для отримання короткоживущей надщільної плазми в так званих "швидких" процесах ("плазмовий фокус", "мікро-Пінча"). Тож нині (1975) істотне місце в національній та міжнаціональної програмах вирішення проблеми УТС (СРСР, США, Європейське співтовариство з атомної енергії ) відводиться системам, в основі яких лежить П.-е.

П.-е. має місце не тільки в газовому розряді, але й у плазмі твердих тіл , особливо в так званій сильно виродженої електронно-доречний плазмі напівпровідників .

© Літ.: Арцимович Л. А., Елементарна фізика плазми, 3 вид., М., 1969, Пост Р., Високотемпературна плазма і керовані термоядерні реакції, пров. з англ., М., 1961; Стил М., Вюраль Б., Взаємодія хвиль у плазмі твердого тіла, пер. з англ., М., 1973.

Т. І. Філіппова, Н. В. Філіппов.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка