Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Распределение электронной плотности пе по радиусу показано на рис. 7.14 (его измеряли по томсоновскому рассеянию и с помощью ленгмюровских зондов). В радиальном направлении можно различить центральную (0i?r<S lkd), промежуточную г ±Srh) и наружную (r^r^R) области. В центральной области плазмы протекает ток; здесь плазма высокоиопизована (до 95%) и ее проводимость «нормальная» с точностью до коэффици-та, не превышающего 2. В промежуточной области измеренный радиальный профиль плотности приблизительно гауссовский:
пе (г) = пе (0) ехР (— rVf)- (7.6)
Точное теоретическое выражение для q2 неизвестно. Экспериментально было найдено, что q2 пропорционально В~' и слабо зависит от массы ионов. Это показывают и упрощенные теоретические расчеты. Для разряда в аргоне <?2 = 6,4 см2 при 5 = 0,34 Тл. В наружной области плазма переносится на стенку камеры. Как
показали результаты измерений по томсоновскому рассеянию и измерения с помощью ленгмюровских зондов, пР практически не изменяется в осевом направлении (менее чем на 30 % на расстоянии 1 м).
Было найдено, что ионная температура Тг, определенная по доплеровско-му уширению линии Ar II с длиной
О)
волны 4806 А, постоянна по радиусу в пределах 5 % (до г = 7 см). Элект-
Рис. 7.14. Радиальный профиль электронной плотности в среднем сечении положительного столба разряда с полым катодом в аргоне (стандартные условия):
О — томсоновское рассеяние; # — ленгмюровские зонды
В = 0,ЗЧ-Т/1 I =100 А F = %5 см3НТД/с р0=1О~3 м5ар I = 120см & - 13 мм z - 60 см
290
ронная температура Те, измеренная по томсоновскому рассеянию й ленгмюровскими зондами, вне центральной области резко падает (рис. 7.15). Приведенные данные получены в сечении, соответствующем 2=60 см (среднее сечение шнура). Изменение Те и Г; по длине шнура на его оси (г=0) показано на рис. 7.16. Зависимость Гг от z слабо экспоненциальная. Изменение Те по г известно хуже,
т-г- -| о 1 • 2 V 3
Tv*
Tf
Y—* 7~\ 7 1 ?—^ ’-1 7
'
5 г, см
Рис. 7.15. Радиальные профили электронной и ионной температуры (стандартные условия, z= = 60 см):
1 — томсоновское рассеяние; 2 — ленгмю-ровские зонды; 3 — доплеровское уши-
о
рение спектральной линии Ar И, 48о6 А
Рис. 7.16. Продольное изменение электронной и иоиной температур (г = 0, стандартные параметры дуги, температура Тс измерена по томсоновскому рассеянию):
1 — среднее значение по 20 измерениям;
2 — среднее по 5 измерениям; I — стан-
дартная погрешность
так как измерениям по томсоновскому рассеянию в области малых 2 препятствует уменьшение до уровня фона количества света, рассеиваемого в каждый «канал» длин волн (вследствие уширения доплеровского профиля: Ak~TlJ2).
Угловая массовая скорость Q (измеренная по доплеровскому < смещению линии АгП с длиной волны 4806 А, а также с помощью маятниковых и направленных зондов) резко спадает с увеличением г (рис. 7.17). Подобно температуре скорость вращения уменьшается с 2. Было найдено, что продольная компонента массовой скорости vz порядка 6-104 см/с (те же самые диагностические средства). Поток плазмы направлен от катода к аноду.
На рис. 7.18 приведена зависимость угловой массовой скорости * в центре дуги fio от напряженности магнитного поля. При малых
полях fio возрастает приблизительно линейно с увеличением В\ кривая становится более пологой при значениях В, для которых cofTinisl- Показана также зависимость ?20 от тока дуги. Таким образом, возможно в определенных пределах изменять Q0, но следует всегда иметь в виду, что параметры плазмы невозможно изменять независимо.
Поведение плазмы хорошо объясняется на основе двухжидкостной модели [7.3] в МГД-приближении (еЕг^>Р/пе). В частно-
19* 291
сти, вращение плазменного шнура вокруг своей оси хорошо описывается с помощью уравнения для электрического потенциала, которое можно получить из уравнений движения [7.30].
Условие баланса сил в радиальном направлении приводит к следующему выражению для угловой массовой скорости [7.31J:
2 = Qe 4 2ог - 2>г, (7.7)
где Qe — угловая частота, связанная с электрическим дрейфом
50 100 150 200 150 3001, А
Рис. 7.17. Радиальная зависимость угловой массовой скорости Q в среднем сечении положительного столба разряда с полым катодом, измеренная по доплеров-скому смещению спектральной линии
О
Аг II, 4806 A (Qdj связано с диамагнитным током ионов, Qе —с электрическим дрейфом, Ег направлено внутрь).
Стандартные условия, 2 = 60 см (1—доплеров* ское смещение; 2— ленгмюровские зонды; 3— направленные ленгмюровские зонды; 4 —маятник)
Рис. 7.18. Зависимость угловой частоты О0 (Q на г = 0) от напряженности магнитного поля (а) и от тока дуги (б), z = = 60 см
Д-g-j ’ ^Di — угловая частота, связанная с диамагнитным ионным током —--|г—— • Последний член обусловлен центробеж-
ной силой. Измеренные значения йв, Qdi и ?2 удовлетворяют выражению (7.7) (см. рис. 7.17).
Вязкостные эффекты (обусловленные иои-ионными соударениями) играют важную роль в переносе частиц, импульса и энергии. Сильная неоднородность во вращении плазмы определяет направленный внутрь ионный поток, который в значительной степени компенсирует «классический» поток ионов, обусловленный ион-электронными соударениями и направленный наружу, что приводит к лучшему удержанию ионов. Поскольку электронная вязкость пренебрежимо мала, электроды движутся наружу с «клас-
