Холловские эффекты и коллапс диамагнитной каверны при разлете облака лазерной плазмы в вакуумное магнитное поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе описываются результаты лабораторного эксперимента по суб-альфвеновскому разлету квазисферического облака лазерной плазмы в вакуумное магнитное поле в режиме слабозамагниченных ионов. Рассматривается роль Холловских полей и токов в аномально быстрой динамике магнитного поля на фазе коллапса диамагнитной каверны. Демонстрируются подробные пространственные измерения конфигурации азимутальных Холловских полей и определяется их связь с коллапсом диамагнитной каверны. В результате проведенного эксперимента были получены данные, подтверждающие гипотезу о переносе основного магнитного поля движением электронов, связанным с Холловскими токами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Чибранов

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

И. Ф. Шайхисламов

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

А. Г. Березуцкий

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

В. Г. Посух

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

П. А. Трушин

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

Ю. П. Захаров

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

И. Б. Мирошниченко

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

М. С. Руменских

Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Новосибирск

В. А. Терехин

Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

Email: chibranov2013@yandex.ru
Россия, Саров

Список литературы

  1. P.A. Bernhardt, R.A. Roussel‐Dupre, M.B. Pongratz, G. Haerendel, A. Valenzuela, D.A. Gurnett, and R.R. Anderson, J. Geophys. Res. Space Phys. 92, 5777 (1987).
  2. P.A. Bernhardt, Physics of Fluids B: Plasma Physics 4, 2249 (1992).
  3. N.A. Krall and P.C. Liewer, Phys. Rev. A 4, 2094 (1971).
  4. A.B. Hassam and J.D. Huba, Geophys. Res. Lett. 14 (1), 60 (1987).
  5. Y.P. Zakharov, A.M. Orishich, A.G. Ponomarenko and V.G. Posukh, Plasma Phys. Rep. 12, 674 (1986).
  6. И.М. Подгорный и Р.З. Сагдеев, УФН. 98, 409 (1969).
  7. K. Schindler, Reviews of Geophysics 7 (1–2), 51 (1969).
  8. R.C. Davidson and N.T. Gladd, Phys. Fluids. 18, 1327 (1975).
  9. N.T. Gladd, Plasma Phys. 18, 27 (1976).
  10. P.C. Liewer and R.C. Davidson, Nucl. Fusion 17, 85 (1977).
  11. B.H. Ripin, E.A. McLean, C.K. Manka, C. Pawley, J.A. Stamper, T.A. Peyser, A.N. Mostovych, J. Grun, A.B. Hassam, and J. Huba, Phys. Rev. Lett. 59, 2299 (1987).
  12. S. Okada, K. Sato and T. Sekiguchi, Jpn. J. Apl. Phys. 20, 157 (1981).
  13. A.G. Berezutsky, A.A. Chibranov, M.A. Efimov, V.G. Posukh, M.S. Rumenskikh, P.A. Trushin, I.B. Miroshnichenko, Yu.P. Zakharov, V.A. Terekhin and I.F. Shaikhislamov, Plasma Phys. Rep. 49, 351 (2023).
  14. Yu.P. Zakharov, A.M. Orishich, A.G. Ponomarenko and I.F. Shaikhislamov, in Proc. 10th European School Plasma Physics (Tbilisi). 184 (1990).
  15. S.I. Vainshtein, S.M. Chitre and A.V. Olinto, Phys. Rev. E 61, 4422 (2000).
  16. A.M. Bergel’son, Yu.P. Raizer and S.T. Surzhikov, J. Appl. Mech. Tech. Phys. 32, 316 (1991).
  17. А.Collette and W. Gekelman, Phys. Rev. Lett. 105, 195003 (2010).
  18. А.Collette and W. Gekelman, Phys. Plasmas 18, 055705 (2011).
  19. C.P. Escoubet, M. Fehringer and M. Goldstein, Ann. Geophys. 19, 1197 (2001).
  20. J.L. Burch, T.E. Moore, R.B. Torbert and R.B. Giles, Space Sci. Rev. 199, 5 (2016).
  21. А.М. Оришич, В.Г. Посух, В.Н. Снытников Мощные СO2-лазеры для плазменных экспериментов и технологии (Сборник ИТПМ, Новосибирск, 56, 1986).
  22. Ю.П. Захаров, А.М. Оришич и А.Г. Пономаренко Лазерная плазма и лабораторное моделирование нестационарных космических процессов (ИТПМ СО АН СССР, Новосибирск, ответственный редактор Н. Г. Преображенский, 219, 1988).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента. 1 — вакуумная камера; 2 — соленоид для создания магнитного поля; 3 — лучи лазера при вводе в камеру; 4 — мишень; 5 — облако лазерной плазмы; M1, M2, RM1, RM2 — магнитные/электрические зонды.

Скачать (175KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Осциллограммы концентрации плазмы (а) и осциллограммы возмущения основного компонента магнитного поля δBz (б) на разных радиальных расстояниях от мишени. Внешнее магнитное поле составляло B0 = – 200 Гс. Начало облучения мишени лазерным излучением происходит при T = 0.

Скачать (229KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профили диамагнитной каверны в фазе формирования (а) и коллапса (б). Время T отсчитывалось с начала разлета ОЛП.

Скачать (218KB)
Метаданные
5. Рис. 4. R-T диаграммы движения фронта плазмы и обратного потока плазмы (черные линии), расширения и коллапса магнитной каверны (красные линии) с рассчитанной средней скоростью.

Скачать (144KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Предполагаемая геометрия полей и токов, возникающих при разлете ОЛП в однородное магнитное поле. Показано искажение ведущего поля «пробочного» вида и квадрупольная структура Холловского поля Bφ (By в декартовых координатах). Его направление в данном случае соответствует генерации за счет тока, формирующего каверну ∂Bφ/∂t ~ – (c/4 πen) Bz ∂Jφ/∂z, а токовая скорость электронов Ve = – J/ne, независимо от знака B0, направлена к мишени в экваториальной плоскости X-Y и от мишени вблизи оси Z.

Скачать (109KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сигналы магнитных зондов. Красные кривые — производная возмущения основного компонента поля BZ. Черные кривые — величина азимутального компонента Bφ (овалом выделен предполагаемый Холловский компонент поля на фазе коллапса диамагнитной каверны). Данные получены для каждого квадранта при величине внешнего магнитного поля B0 = +200 Гс.

Скачать (449KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Аналогично рис. 6, но с противоположным по знаку внешним магнитным полем B0 = – 200 Гс.

Скачать (403KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Пространственная конфигурация азимутальных полей (черным), производной магнитного поля основного компонента, ориентированного вдоль оси Z (красным) и плотности тока, измеренной зондом Ленгмюра (синим) во внешнем магнитном поле B0 = – 200 Гс для одного из квадрантов в меридиональной плоскости ZX. Каждая ячейка таблицы соответствует определенной точке измерений относительно мишени.

Скачать (698KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Пространственное распределение компонента By на фронте каверны в фазе коллапса в меридиональной плоскости ZX с обратным B0 = – 200 Гс (а) и прямым B0 = + 200 Гс (б) направлением ведущего поля. Положение каждой точки на рисунке соответствует точке измерения относительно мишени, а цвет — направлению поля By (красный — на наблюдателя, синий — от наблюдателя).

Скачать (297KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024