Ионизационная нестабильность - Ionization instability

An ионизационная нестабильность принадлежит к категории плазма нестабильность который опосредуется электронным ударом ионизация. В самом общем смысле ионизационная нестабильность возникает из-за эффекта обратной связи, когда электроны, образованные в результате ионизации, продолжают производить еще больше электронов за счет ионизации самоусиливающимся образом.

Ионизационные неустойчивости наблюдались в таком аппарате физики плазмы, как тлеющие разряды,[1][2] Разряды Пеннинга,[3] магнитные насадки,[4][5][6] и Генераторы МГД.[7][8][9] Ионизационная нестабильность может возникать как в намагниченном, так и в немагниченном состоянии.[10] плазма. Они возникают в основном, когда плазма относительно холодная и лишь частично ионизирована, так что с плазмой смешано много нейтрального газа.

В тлеющем разряде

Справа от тлеющего разряда видны страты, образованные ионизационной неустойчивостью.
Основная статья: Тлеющий разряд

Тлеющий разряд - это устройство, содержащее плазму, в котором плазма образуется за счет высокого напряжения, подаваемого на разреженный газ. Тлеющие разряды используются для электрического освещения и обработки материалов. В тлеющем разряде ионизационная неустойчивость имеет вид полосы,[1] или полосы усиленного и подавленного светового излучения. Расстояние между каждой стратой - это расстояние, необходимое электрону для получения энергии, достаточной для ионизации частицы нейтрального газа.

В магнитном сопле

Основная статья: Магнитная насадка

Магнитное сопло - это устройство, через которое протекает плазма, в котором плазма сжимается магнитным полем. Магнитные насадки используются в электрическая силовая установка для увеличения тяги, создаваемой потоком плазмы. В магнитных соплах ионизационная нестабильность вызвана ионизацией за соплом, в результате чего рожденные там электроны мигрируют вверх по потоку против направления потока. Это приводит к колебаниям расхода плазмы и энергии через сопло.[4][5][6]

В МГД-генераторе

Основная статья: Генератор МГД

МГД-генератор - это устройство, через которое протекает горячий газ, в котором газ ионизируется, а магнитное поле используется для извлечения энергии потока в виде электрической энергии. МГД-генераторы изучались в основном в 1960-х и 1970-х годах для повышения эффективности электростанций, работающих на ископаемом топливе и ядерных реакторах.[11] В МГД-генераторах особый вид намагниченной ионизационной неустойчивости называется электротермическая нестабильность. Это было обнаружено Евгений Велихов в 1962 году. Дополнительное электрическое сопротивление, вызванное ионизационной нестабильностью, помешало исследовательским усилиям по снижению требуемой температуры за счет преимущественно нагрева электронов.[11]

использованная литература

  1. ^ а б Гарскадден, А. (1969). «Дисперсия и устойчивость движущихся полос». Физика жидкостей. 12 (9): 1833. Bibcode:1969Фл ... 12.1833Г. Дои:10.1063/1.1692748. ISSN  0031-9171.
  2. ^ Аллис, В. (1976-03-01). «Обзор нестабильностей тлеющего разряда». Физика B + C. 82 (1): 43–51. Bibcode:1976PhyBC..82 ... 43A. Дои:10.1016/0378-4363(76)90267-9. ISSN  0378-4363.
  3. ^ Рот, Дж. Рис (1969). «Экспериментальное наблюдение низкочастотных колебаний, описываемых уравнениями непрерывности плазмы». Физика жидкостей. 12 (1): 260. Bibcode:1969Фл ... 12..260Р. Дои:10.1063/1.1692284. ISSN  0031-9171.
  4. ^ а б Johnson, J.C .; D'Angelo, N; Мерлино, Р. Л. (1990). «Двухслойная ионизационная нестабильность». Журнал физики D: Прикладная физика. 23 (6): 682–685. Bibcode:1990JPhD ... 23..682J. Дои:10.1088/0022-3727/23/6/007.
  5. ^ а б Aanesland, A .; Charles, C .; Либерман, М. А .; Босуэлл, Р. У. (18 августа 2006 г.). «Нестабильность восходящей ионизации, связанная с бестоковым двойным слоем». Письма с физическими проверками. 97 (7): 075003. Bibcode:2006ПхРвЛ..97г5003А. Дои:10.1103 / Physrevlett.97.075003. ISSN  0031-9007. PMID  17026239.
  6. ^ а б Aanesland, A .; Либерман, М. А .; Charles, C .; Босуэлл, Р. У. (декабрь 2006 г.). «Эксперименты и теория восходящей ионизационной неустойчивости, возбуждаемой ускоренным электронным пучком через бестоковый двойной слой». Физика плазмы. 13 (12): 122101. Bibcode:2006ФПЛ ... 13л2101А. Дои:10.1063/1.2398929. HDL:1885/16395. ISSN  1070-664X.
  7. ^ КЕРРЕБРОК, Дж. Л. (июль 1964 г.). «Неравновесная ионизация из-за нагрева электронов - i - теория». Журнал AIAA. 2 (6): 1072–1080. Bibcode:1964AIAAJ ... 2,1072K. Дои:10.2514/3.2496. ISSN  0001-1452.
  8. ^ Мураками, Томоюки; Окуно, Йошихиро; Ямасаки, Хироюки (9 мая 2005 г.). «Подавление ионизационной неустойчивости в магнитогидродинамической плазме за счет связи с радиочастотным электромагнитным полем». Письма по прикладной физике. 86 (19): 191502. Bibcode:2005АпФЛ..86с1502М. Дои:10.1063/1.1926410. ISSN  0003-6951.
  9. ^ Велихов Э.П., Дыхне А.М., Дыхне И.Я. Шипук. «Ионизационная неустойчивость плазмы с горячими электронами». Из 5-го симпозиума по ионизации газов, Югославия, 1965 г. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19670016557.pdf.
  10. ^ Ахиезер, А. И .; Ахиезер, А. И .; Ангелейко, В. В. (1969). «Новый вид нестабильности в частично ионизированной плазме». Советский журнал экспериментальной и теоретической физики. 30: 476. Bibcode:1969JETP ... 30..476A.
  11. ^ а б Harris, L.P .; Мур, Г. Э. (1971). «Производство энергии сжиганием-МГД для центральных станций». IEEE Transactions по силовым устройствам и системам. 90 (5): 2030. Bibcode:1971ITPAS..90.2030H. Дои:10.1109 / TPAS.1971.292998.