Звіт по науково-дослідній роботі. Денисенко Ігор Борисович. Процеси перенесення і кінетика низькотемпературної та термоядерної плазми

Реєстраційний номер

0225U002236, (0123U101803) , Науково-дослідна робота

Назва роботи

Процеси перенесення і кінетика низькотемпературної та термоядерної плазми

Назва етапу роботи

Моделі для опису процесів перенесення в дугових розрядах та моделі на базі дрейфово-кінетичних рівнянь для опису впливу процесів перенесення на поширення хвиль в термоядерній плазмі токамаків

Керівник роботи

Денисенко Ігор Борисович, Доктор фізико-математичних наук

Дата реєстрації

25-02-2025

Організація виконавець

Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Опис роботи

Метою проєкту є розробка теорій і методик для опису процесів перенесення в низькотемпературній та термоядерній плазмі з використанням кінетичних підходів. Для досягнення цієї мети пропонується вирішити наступні завдання: розробити модель дугового розряду за конвективного режиму випаровування металевого аноду; дослідити як швидкість розльоту пару у прианодному шарі залежить від температури аноду та струму, що протікає через розряд, а також дослідити властивості дугового розряду за цих умов; описати процеси у прианодному шарі, використовуючи феноменологічні підходи, а також за допомогою кінетичного рівняння Больцмана; розробити теоретичні та числові моделі, що описують рух наночастинок у плазмі післясвітіння, врахувавши, що заряджання наночастинок є стохастичним процесом, і за допомогою цих моделей дослідити як рух наночастинок та їх осадження на поверхні залежать від зовнішніх умов; дослідити умови формування низькоенергетичних іонних пучків з високою густиною струму в плазмі, що створена джерелом на основі дугового розряду з термокатодом; визначити умови формування подвійного шару об’ємного заряду навколо плазми, що створена в парах матеріалу аноду; дослідити умови формування іонів Н– біля металогідридного катоду та розробити методи їх ефективного вилучення; отримати дисперсійні характеристики низькочастотних хвиль в 2D токамаках, враховуючи тороїдальний магнітний дрейф як пролітних так і запертих частинок плазми, їх кінцевий ларморівський радіус та кінцеву ширину їх бананових траєкторій. Планується ревізія стандартної транспортної моделі Брагінського для включення релятивізму електронів і знаходження релятивістських поправок до транспортних коефіцієнтів. Також планується релятивістське узагальнення неокласичної теорії перенесення для тороїдальних систем.

Опис етапу

 Розроблено фізичні та числові моделі дугового розряду за конвективного режиму випаровування металевого аноду з урахуванням процесів іонізації та рекомбінації у прианодному шарі. Запропоновано систему диференційних рівнянь, що описують просторові розподіли концентрацій іонів (електронів) та атомів робочого газу і температур електронів та іонів в прианодній квазінейтральній області дугового розряду, та крайові умови для розв’язання цих рівнянь. Для випадку, коли анод є мідним, отримано вирази для різних коефіцієнтів реакцій та переносу і поперечних перерізів реакцій, як функцій температур електронів та іонів та концентрацій іонів та атомів робочого газу. Також розроблено глобальну модель, що описує іонізаційну область магнетронного розряду в аргоні з мідною мішенню. Проведено експериментальні дослідження приповерхневого формування низько-енергетичних іонних та електронних пучків в плазмі дугового розряду з термокатодом. Запропоновано нові методики керування струмом та енергією іонів у цьому розряді. Визначено залежності густини іонного струму від робочого тиску у вакуумній камері та положення тримача відносно осі джерела плазми. Показана можливість підвищення густини іонного струму на поверхні зразка за рахунок використання постійного кільцевого магніту. Проведено обробку поверхні зразка (TiZr/TiSi)N потоком іонів з плазми. Показано, що така обробка призводить до очищення поверхневого шару від різноманітних домішок без пошкоджень і створює підкладку для подальшого термоіонного осадження покриття з високим ступенем адгезії. Розроблено модель на базі самоузгоджених дрейфово-кінетичних рівнянь та хвильових рівнянь для дослідження дисперсійних характеристик низькочастотних хвиль в 2D аксіально-симетричних токамаках, враховуючи стаціонарний струм, процеси перенесення, тороїдальний магнітний дрейф як пролітних так і запертих частинок плазми, їх кінцевий ларморівський радіус та кінцеву ширину їх бананових траєкторій.

Опис продукції

Автори роботи

Івко Сергій Вікторович
Азаренков Микола Олексійович
Бондар Денис Сергійович
Волкова Юлія Євгенівна
Гаркуша Ігор Євгенійович
Гречко Ярослав Олегович
Каніщева Марія Миколаївна
Носова Олена Михайлівна

Додано/оновлено в НРАТ

2025-02-25