It is shown that the ablation of a solid hydrogen pellet subject to a plasma is likely to produce a quasi-steady dense neutral gas cloud. The total integrated density of the cloud is such that the plasma electrons lose essentially all their energy in the cloud. The electron energy flux is degraded by inelastic collisions and elastic backscattering with the neutral molecules, providing local heating and acceleration of the neutral gas. Only a small fraction of the energy flux reaches the surface of the pellet, raising the pellet's surface temperature to a point where the energy flux at the pellet's surface is in balance with the energy lost through vaporization. The vaporization rate, in turn, determines the total integrated neutral gas cloud density. The scaling laws derived from the model indicate that the pellet lifetime varies as: where τp is the lifetime of the pellet and Te, ne, and rp0 are the electron temperature, density of the plasma, and initial pellet radius, respectively. A good agreement is found between this model and the ORMAK pellet injection experiment.
固体水素ペレットのプラズマによるアブレーションは、準定常的な高密度中性ガス雲を生成する可能性が高いことが示される。雲の全積分密度は、プラズマ電子が雲内でそのエネルギーをほぼすべて失うようなものである。電子エネルギー束は、中性分子との非弾性衝突および弾性後方散乱によって減衰し、中性ガスの局所的な加熱と加速を引き起こす。エネルギー束のごく一部だけがペレット表面に到達し、ペレット表面温度を、表面でのエネルギー束が蒸発によるエネルギー損失と釣り合う点まで上昇させる。蒸発速度は、結果として全積分中性ガス雲密度を決定する。モデルから導かれるスケーリング則は、ペレット寿命が次のように変化することを示す: ここでτpはペレット寿命、Te、ne、rp0はそれぞれ電子温度、プラズマ密度、初期ペレット半径である。このモデルとORMAKペレット入射実験との間には良好な一致が見られる。