Плазменный фокус
Когда было выяснено, что один из основных путей потери энергии в этих разрядах связан с излучением примесей, академик Л. А. Арцимович предложил заменить фарфоровую стенку разрядной камеры на медную. Предполагалось, что высокая теплопроводность меди уменьшит разогрев поверхности при соприкосновении с плазмой и поток примесей, поступающих в плазму, уменьшится. Исходя из соображений электробезопасности, медную боковую стенку камеры соединили электрически с катодом. При подаче на анод импульса высокого напряжения в камере загорался разряд. Экспериментаторы были поражены удивительным эффектом — замена материала боковой стенки привела к резкому увеличению выхода нейтронов. Причем, в отличие от обычного разряда, в этой установке нейтронный импульс стал получаться стабильно, в каждом выстреле. Н. В. Филиппов с помощью свинцовых коллиматоров с маленьким отверстием и нейтронным счетчиком внутри нашел источник нейтронов. Им оказалась удивительно маленькая (доли сантиметра) область на оси между анодом и катодом. Оказывается, в ходе развития разряда в этой установке под давлением магнитного ноля плазма устремляется со всех сторон к центру системы. В точке, лежащей на оси симметрии, потоки плазмы сталкиваются и образуется плотный плазменный сгусток, из которого и идут нейтроны.
Эту область, а по ней и всю установку, стали называть плазменным фокусом. Струи плазмы собираются в точке на оси подобно тому, как собираются потоки света в фокусе линзы.
Исследование процессов, происходящих в разряде типа плазменного фокуса, очень сложная задача.
Плазменный фокус
Все события разыгрываются в небольшом по размеру пространстве и очень быстро. Время здесь измеряется миллиардными долями секунды.
Так же как в обычном самосжатом разряде, в плазменном фокусе тоже развивается неустойчивость, образуются потоки ускоренных частиц. Но плотность плазмы здесь настолько велика, что ускоренные частицы отдают свою энергию плазме и нагревают ее. Если мощность батареи, питающей разряд, достаточно велика, температура плазмы в плазменном фокусе может достигать десятков миллионов градусов. В некоторых опытах получается даже сто миллионов градусов. При этом термоядерные реакции идут с большой интенсивностью и поток нейтронов достигает большого значения — до 102 нейтронов за импульс.
Единственный параметр, из-за которого плазменный фокус не стал пока что основой термоядерного реактора, это время удержания плазмы. Время удержания энергии в плазменном фокусе не превышает 10~8 с. Плотность плазмы в этот момент 1023—1024 м-3. Так что получается произведение ит1016 с/м3.
Увеличение времени удержания плазмы возможно взамен наращивания мощности и энергии источника питания.
С увеличением вкладываемой энергии выход нейтронов растет очень быстро. Поэтому возможно использование плазменного фокуса в качестве источника нейтронов в гибридном термоядерном реакторе.