ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ИМПУЛЬСНОГО ПЛАЗМЕННОГО ПОТОКА НА УСТАНОВКЕ PW-7

В работе рассмотрены два независимых метода измерения скорости плазменного потока, создаваемого в импульсном плазменном ускорителе PW-7: метод, основанный на наблюдении и оценке величины доплеровского сдвига спектральных линий, и метод высокоскоростной видеосъемки движения плазмы. Монохроматор М833 был использован для регистрации спектра излучения плазменного потока. Высокоскоростная видеосъемка осуществлялась со скоростью 640 000 кадров/с с использованием CMOS-камеры Phantom VEO710S. Приведены результаты измерений средней скорости потока, полученные при рабочем давлении газа 2⋅10^-2 Торр, емкости и напряжении конденсаторной батареи 400 мкФ и 4 кВ. Полученные результаты двумя независимыми методами были сравнены между собой. Аргон использовался в качестве рабочего газа в экспериментах. Показано, что при использовании первого метода значение скорости плазменного потока составляет 12,5⋅10³  м/сек, а при использовании второго метода значение скорости плазменного потока составляет 16,7⋅10³  м/сек. По этим данным можно видеть, что измеренные значения скорости потока имеют небольшое расхождение. Таким образом, было установлено, что методы высокоскоростной видеосъемки и доплеровского сдвига дают в пределах ошибок измерений сопоставимые оценки скорости движения потока. С точки зрения практического применения определение значение скорости плазменного потока имеет очень большое значение.

1. Linsmeier Ch., Unterberg B., Coenen J.W., Doerner R.P., Greuner H., Kreter A., Linke J., Maier H. Material testing facilities and programs for plasma-facing component testing // Nucl. Fusion. – 2017. – Vol. 57. – P. 092012. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa4feb

2. Kartasheva A.A., Gutorov K.M., Podkovyrov V.L., Muravyeva E.A., Lukyanov K.S., Klimov N.S. Experimental investigation of the characteristics of the plasma flow generated in quasi-stationary plasma accelerator using optical methods // Phys. Plasmas. – 2024. – Vol. 31. – P. 043107. https://doi.org/10.1063/5.0198341.

3. Ling W.Y.L., Zhang S., Fu H., Huang M., Quansah J., Liu X., Wang N. A brief review of alternative propellants and requirements for pulsed plasma thrusters in micropropulsion applications // Chinese Journal of Aeronautics. – 2020. – Vol. 33. – P. 2999–3010. https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.03.024.

4. Ou Y., Wu J., Cheng Y., Zhang Y., Che B. Design and performance of a micro-pulsed plasma thruster used in miniaturized satellites // Advances in Space Research. – 2024. – Vol. 74. – P. 1741–1750. https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.05.039.

5. Lerner E.J., Hassan S.M., Karamitsos-Zivkovic I., Fritsch R. Focus Fusion: Overview of Progress Towards p-B11 Fusion with the Dense Plasma Focus // Journal of Fusion Energy. – 2023. – Vol. 42. – P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s10894-023-00345-z.

6. Ladygina M.S., Petrov Yu.V., Yeliseev D.V., Makhlai V.A., Kulik N.V., Staltsov V.V. Parameters of hydrogen plasma streams in QSPA-M and their dependence on external magnetic field // Problems of atomic science and technology. – 2021. – No. 1. – P. 61–64. https://doi.org/10.46813/2021-131-061

7. Borthakur S., Ahmed A., Singha S., Neog N.K., Borthakur T.K. Role of gas flow on plasma stream dynamics in a pulsed plasma accelerator // Fusion Engineering and Design. – 2021. – Vol. 168. – P. 112400. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112400

8. Zhukeshov A.M., Amrenova A.U., Gabdullina A.T., Moldabekov Zh.M., Useinova B.M. Calculation and Analysis of Electrophysical Processes in a High-Power Plasma Accelerator with an Intrinsic Magnetic Field // Technical Physics. – 2019. – Vol. 64. – P. 342–347. https://doi.org/10.1134/S1063784219030277.

9. Talukdar N., Ahmed A., Borthakur S., Neog N.K., Borthakur T.K., Ghosh J. Measurement of plasma stream velocity in a pulsed plasma accelerator // Phys. Plasmas. – 2019. – Vol. 26. – P. 062711. https://doi.org/10.1063/1.5092267.

10. Dosbolayev M.K., Igibayev Zh.B., Tazhen A.B., Ramazanov T.S. Preliminary Study of the Solid-State Pulsed Plasma Thruster Model with Graphite as а Propellant // Plasma Physics Reports. – 2022. – Vol. 48. – P. 263–270. https://doi.org/10.1134/S1063780X22030047.

11. Al-Hawat S. Axial velocity measurement of current sheath in a plasma focus device using a magnetic probe // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2004. – Vol. 32. – P. 764–769. https://doi.org/10.1109/TPS.2004.826119.

12. Yaroshevskaya A.D., Gutorov K.M., Podkovyrov V.L., Litvinenko Yu.I. Determination of Plasma Flow Velocity with Time Resolution Based on the Doppler Effect // Plasma Physics Reports. – 2024. – Vol. 50. – P. 689–696.

13. Ярошевская А.Д., Малютин А.Ю., Подковыров В.Л., Гуторов К.М., Карташева А.А. XLIX Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС (Москва, 14–18 марта, 2022). – С. 164.

14. Losada U., Manzanares A., Balboa I., Silburn S., Karhunen J., Carvalho P.J., Huber A., Huber V., Solano E.R., de la Cal E. Observations with fast visible cameras in high power Deuterium plasma experiments in the JET ITER-like wall tokamak // Nuclear Materials and Energy. – 2020. – Vol. 25. – P. 100837. https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100837.

15. Ананьев С.С., Крауз В.И., Мялтон В.В., Харрасов А.М. Исследование формирования плазменных потоков, генерируемых в плазмофокусном разряде // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. – 2017. – Т. 40. – С. 21–35. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2017-40-1-21-35.

16. Nawaz A., Lau M., 32nd Int. Electric Propulsion Conf (Wiesbaden, 11–15 September, 2011). – P. 1–13.

17. Tazhen A.B., Rayimkhanov Zh.R., Dosbolayev M.K., Ramazanov T.S. Generation and Diagnostics of Pulse Plasma Flows // Plasma Physics Reports. – 2020. – Vol. 46. – P. 465–471. https://doi.org/10.1134/S1063780X20040121.

18. Dosbolayev M.K., Tazhen A.B., Ramazanov T.S., Ussenov Ye.A. Investigation of dust formation during changes in the structural and surface properties of plasma-irradiated materials // Nuclear Materials and Energy. – 2022. – Vol. 33. – P. 101300. https://doi.org/10.1016/j.nme.2022.101300.

19. Dosbolayev M.K., Tazhen A.B., Kholmirzayev A.N., Ussenov Ye.A., Ramazanov T.S. Studies of the formation and distribution of cracks and various defects on the heated tungsten plate surface during pulsed plasma flux impact // Nuclear Materials and Energy. – 2023. – Vol. 37. – P. 101540. https://doi.org/10.1016/j.nme.2023.101540.

20. Tazhen A.B., Dosbolayev M.K., Ramazanov T.S. Pulsed plasma flow diagnostics // Recent Contributions to Physics. – 2022. – Vol. 81. – P. 35–39. https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v81.i2.05.