Progress in the theoretical and experimental development of the plasma jet source and injection of hydrogen plasma and neutral gas jets into the Globus-M spherical tokamak is discussed. An experimental test bed is described for investigation of intense plasma jets that are generated by a double-stage plasma gun consisting of an intense source for neutral gas production and a conventional pulsed coaxial accelerator. A procedure for optimizing the accelerator parameters so as to achieve the maximum possible flow velocity with a limited discharge current and a reasonable length of the coaxial electrodes is presented. The calculations are compared with experiment. Plasma jet parameters, among them pressure distribution across the jet, flow velocity, plasma density, etc, were measured. Plasma jets with densities of up to 1022 m−3, total numbers of accelerated particles (1–5) × 1019, and flow velocities of 50–100 km s−1 were successfully injected into the plasma column of the Globus-M tokamak. Interferometric and Thomson scattering measurements confirmed deep jet penetration and a fast density rise (<0.5 ms) at all spatial points up to a radius r≈ 0.3a. The plasma particle inventory increase by ∼50% (from 0.65 × 1019 to 1 × 1019) did not result in plasma degradation.
プラズマジェット源の理論的および実験的開発と、水素プラズマおよび中性ガスジェットのGlobus-M球状トカマクへの入射に関する進展について論じる。中性ガス生成用の強力な源と従来型パルス同軸加速器から構成される二段式プラズマガンによって生成される強力なプラズマジェットを研究するための実験試験装置について述べる。限られた放電電流と合理的な同軸電極長のもとで最大可能な流動速度を達成するための加速器パラメータ最適化手順を示す。計算結果は実験と比較される。プラズマジェットのパラメータ、その中にはジェット断面の圧力分布、流動速度、プラズマ密度などが測定された。密度が最大1022 m−3、加速粒子の総数が(1–5) × 1019、流動速度が50–100 km s−1のプラズマジェットが、Globus-Mトカマクのプラズマ柱への入射に成功した。干渉計およびトムソン散乱測定により、深いジェット浸透と、半径r≈ 0.3aまでの全空間点における急速な密度上昇(<0.5 ms)が確認された。プラズマ粒子インベントリの約50%増加(0.65 × 1019から1 × 1019へ)は、プラズマの劣化をもたらさなかった。