![](/images/p1003/krot_general_1920-512.jpg)
Стенд «Крот»
Крупномасштабный плазменный стенд «Крот» – комплекс вакуумных и электрофизических установок с уникальными параметрами. Стенд используется для лабораторного моделирования физических явлений в ионизированных оболочках Земли и в космической плазме, включая эффекты при проведении активных экспериментов и при естественных высокоэнергетических событиях. На установках выполняются исследования и разработки по следующим направлениям:
- взаимодействие волн и частиц в плазме и в вакууме, генерация электромагнитного излучения;
- лабораторное моделирование активных экспериментов в ионосфере и в ближнем космосе;
- плазменные испытания бортовых систем космических аппаратов и авиационной техники;
- физика молнии и пробой длинных воздушных промежутков.
В состав комплекса «Крот» входят:
- плазменная камера объёмом 180 м3 с системой вакуумной откачки, высокочастотным источником плазмы и генератором импульсного магнитного поля;
- генератор импульсных напряжений 1 МВ;
- сильноточный ускоритель электронов «Крот-F».
Помещение стенда «Крот» обеспечивает защиту от ионизирующих излучений, возникающих при работе высоковольтной и ускорительной техники. Находящийся ниже уровня земли экспериментальный зал площадью 900 м2 оборудован системами отопления, приточной и вытяжной вентиляции, вводом электроэнергии на 1 МВт, системами подачи холодной воды и сжатого воздуха, четырьмя кран-балками грузоподъемностью до 5 тонн, загрузочным бункером.
На сегодняшний день стенд «Крот» не имеет аналогов в Российской Федерации и Европе. Действующими аналогами плазменной камеры являются недавно построенные в США установки LAPD (г. Лос-Анджелес) и SPSC (г. Вашингтон).
Плазменная камера
![](/images/p1003/krot_cam_7-2.jpg)
Объём плазменной камеры стенда «Крот», изготовленной из немагнитной нержавеющей стали, составляет 180 м3; квазиоднородная газоразрядная плазма может быть создана в объёме до 70 м3. Камера оснащена насосами для форвакуумной и высоковакуумной откачки, а также газовой системой для непрерывного или импульсного напуска рабочих газов, обычно – аргона или гелия. Плазма создается индукционным разрядом при давлении рабочего газа от 10 мкТорр до 10 мТорр. Для этого применяется система из четырех импульсных высокочастотных генераторов с суммарной мощностью до 4 МВт. Возможно проведение экспериментов как в изотропной плазме – без внешнего магнитного поля, так и в плазме, замагниченной аксиальным полем индукцией до 1 килогаусса. Магнитная система стенда представляет собой мегаджоульный емкостной накопитель энергии, коммутируемый на соленоид, установленный внутри плазменной камеры.
Уникальность установки заключается в рекордно больших размерах плазмы с концентрацией электронов до 1013 см-3. Плазменный столб с высокой степенью однородности по трем измерениям, изолированный от металлических стенок камеры, позволяет выполнять исследования в режиме «безграничной» плазмы, имитирующем физические условия в космосе. Широкий диапазон изменения концентрации распадающейся плазмы (от максимального значения до нуля) и величины магнитного поля, имитирующего магнитное поле Земли и других космических объектов, позволяет изучать космические явления как на уменьшенных, так и на полноразмерных лабораторных моделях, включая плазменные испытания образцов космической техники. Другой аспект уникальности – высокая повторяемость параметров разряда (на уровне 1%) от одного «выстрела» установки к другому, что позволяет накапливать большой объём экспериментальных данных за много циклов работы стенда.
Технические параметры
- Предельный вакуум – 10-6 Торр
- Давление рабочего газа – 10-5 … 10-2 Торр
- Источник плазмы – ВЧ индукционный разряд
- ВЧ генераторы – 5 МГц, 4 × 1 МВт, импульс 1.6 мс
- Магнитная система – прямая ловушка, R = 2.3
- Поле в минимуме – до 500 Гс
- Поле в пробках – до 1100 Гс
- Генератор импульсного магнитного поля – емкостной накопитель энергии 750 кДж, длительность импульса по основанию 100 мс
- Время жизни плазмы (по уровню 0.5) – 2 … 5 мс
Генератор импульсных напряжений
![](/images/p1003/gin2_341-512.jpg)
Генератор импульсных напряжений (ГИН) выполнен по схеме Аркадьева – Маркса. Он рассчитан на создание напряжений уровня 1 МВ, и представляет собой тринадцатиэтажную стойку, на которой размещены высоковольтные конденсаторы, зарядные резисторы и разрядники, с высоковольтным выпрямителем и пультом управления, вынесенным в отдельное помещение. ГИН предназначен для моделирования физических эффектов при пробое длинных – порядка 1 метра – воздушных промежутков. На установке исследуются динамика длинной искры, возникающие при пробое плазменные образования, энергичные заряженные частицы и кванты излучения, а также сверхмощные электромагнитные импульсы (ЭМИ).
Технические параметры
- Зарядная емкость – 60 мкФ
- Зарядное напряжение – до 65 кВ
- Емкость при разряде – 0.35 мкФ
- Напряжение при разряде – до 900 кВ
- Период разряда – 23 мкс
- Разрядный ток – до 30 кА
Сильноточный ускоритель электронов «Крот-F»
![](/images/p1003/krot_acc_7-2.jpg)
Ускоритель «Крот-F» предназначен для создания импульсных электронных пучков с энергией частиц порядка 1 МэВ и токами класса 10 кА. Гигаваттные наносекудные импульсы высокого напряжения, формируемые в ускорителе, могут непосредственно применяться для генерации сверширокополосного электромагнитного излучения со спектром, лежащим в диапазоне частот от единиц до сотен мегагерц. Формирование и транспортировка электронного пучка осуществляются с помощью электронно-оптической системы на основе импульсных соленоидов. Пучок ускорителя вводится в электродинамические системы для генерации микроволнового излучения дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн на уровне мощности от десятков МВт до единиц ГВт. Электронные пучки, рентгеновское и микроволновое излучение могут использоваться для моделирования воздействия на ионосферную плазму потоков корпускулярной радиации и мощных микроволн. Важной прикладной задачей, решаемой с помощью ускорителя, является моделирование воздействия пучков частиц, рентгеновского и микроволнового излучения на технические объекты, функционирующие в условиях плазмообразования.
Технические параметры
- Ускоряющее напряжение – до 800 кВ
- Ток электронного пучка – до 10 кА
- Длительность импульсов тока и напряжения – 17 нс
- Частота следования импульсов – до 100 Гц
- Фокусирующее магнитное поле – до 3 Тл