Transcript Институт Лазерной Физики Отдел Лазерной Плазмы Новосибирск, СО РАН Исследование трансполярного потенциала и продольных токов в лабораторных экспериментах Программа моделирования солнечно-земных процессов с помощью облаков лазерной плазмы.

Институт Лазерной Физики
Отдел Лазерной Плазмы
Новосибирск, СО РАН
Исследование трансполярного потенциала и
продольных токов в лабораторных
экспериментах
Программа моделирования солнечно-земных
процессов с помощью облаков лазерной плазмы и
дипольного магнитного поля
Пономаренко А.Г.,
Антонов В.М., Бояринцев Э.Л., Захаров Ю.П.,
Посух В.Г., Мелехов В.М., Вшивков К.А.
Шайхисламов И.Ф.
Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований СО РАН проект
II.8.1.4., Российского фонда фундаментальных исследований проекты 09-02-00492, 09-0800970 и программы президиума РАН ОФН-15.


В настоящем докладе представлены новые
результаты лабораторных экспериментов по
измерению
внутреннего
эффективного
сопротивления магнитосферного генератора
Делается сравнение с моделью насыщения
продольных токов за счет торможения
флангового течения плазмы
модель магнитосферного МГД генератора


Z
S
P
+
--
-
+
Y
X
+
Предложена в работе
(Eastman T E, 1976)
Рассматривает
генерацию
трансполярного
потенциала и
продольных токов
зоны-1
в отсутствии ММП
Схема
экспериментов
с лазерной
плазмой
Z
3
2
Ro65 cm
Rm18 cm
Y
”
“dawn
RD=8 cm
RL4 cm
1
Схема измерений трансполярного потенциала и полного
продольного тока
Параметры эксперимента
100
2
J (A/см )
2
2
V (кДин/cм )
10
90
9
80
8
70
7
60
6
50
5
40
4
30
3
20
2
25
B (Гс)
Rm (см)
300
250
20
200
150
15
,
10
100

RM  
1
0
0
2
4
6
8
мкс
2
2 p
1 6
dB 
2 p
10
50
0
0
2
4
6
8
t (мкс)
концентрация
ni =(0.5-1)1013 см-3
число Маха
MS5
скорость
Vo =100 км/с
число Рейнольдса
Rme~20
момент
=106 Гссм3
число Кнудсена
ii/RM>5
зарядовый состав
Z=1.5-2 M=5.5
замагниченность ионов
RLi/RM0.25
температура
Te =5-10 эВ
Измерения
350
B (Гс)
X=9.3 см
300
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
t (мкс)
Трансполярный потенциал и полный продольный ток
200
5000
I (A)
U (V)
5000
I (A)
U (V)
200
4000
4000
150
150
3000
3000
100
100
2000
50
1000
2000
50
1000
0
0



2
4
6
8
10
12 t (мкс)
0
0
2
4
6
8
10
12
t (мкс)
Ток удвоен, что соответствует величине продольного тока на обоих
полюсах
Ток отстает от потенциала и затянут
На втором пике активное сопротивление 100 В/4кА=0.025 Ом
Определение внутреннего сопротивления генератора
200
5000
5000
I (A)
U (V)
I (A)
U (V)
200
4000
4000
150
150
3000
3000
100
100
2000
2000
50
1000
50
1000
0
0
0
2
4
6
8
10
12 t (мкс)
0
2
4
6
8
10
Первый пик
R=0.043 Ом и L=50 cm.
Первый пик
R=0.028 Ом и L=48 cm.
Второй пик
R=0.024 Ом и L=19 cm.
Второй пик
R=0.022 Ом и L=19 cm.
U  R GEN  I  L GEN
dI
dt
12
t (мкс)
Модель насыщения продольного тока
Сопротивление
V в плазме за счет
U

B  
Кулоновских столкновений
c
Z
13
3 2
 1sin
  2  10
J r TJero sinz 
V 
V
o
2
2  4  dl  2   R
R
I FAC  
 J r rp d  d    J ro r 2 dm RJdro R m L m
S

z
2
1
J roRBdR m 0 . 01 Ом
R

10
 p V  V sin32  R
m

o  Te  1 
2 

MncV o 
2
B
8  MnV
,
Jr
1

4  Vo 
U  sin    U o  I FAC

2
Lm
c


Vφ
2
o
8
Lm  R m
R GEN 
В эксперименте Vo=107 см/c и 8/Rm0.25 получаем
RGEN 0.03 Ом (измерено 0.022 Ом)
ICH7000 А (измерено ISAT 4500 А)
Соответствие в пределах 50% величины
4  Vo
c
I SAT  U o
2



Rm
Lmc
2
4  Vo 

c
4  Vo
BLm c
4
2

Rm

 I CH




Выводы






Посредством измерения полного продольного тока и
трансполярного
потенциала
определены
характеристики
внутреннего
генератора
–
внутреннее сопротивление и индуктивность цепи.
Индуктивность примерно соответствует характерному
размеру магнитосферы.
Полный продольный ток сопоставим с полным током
Чепмена-Ферраро на магнитопаузе.
Измеренное сопротивление примерно соответствует
расчетному сопротивлению МГД генератора, а
полный продольный ток – току насыщения.
Сопротивление участков цепи по которым ток
протекает
в
плазме
за
счет
Кулоновских
столкновений достаточно мало.
Полученные результаты дают экспериментальное
подтверждение модели магнитосферного генератора.