The author studied plasma electron acceleration in toroidal devices where electron beam equilibrium on the annular orbit is secured by image currents appearing in a metallic housing that covers the vacuum chamber. The initial plasma was created in a toroidal magnetic field with the aid of electron injection along the lines of force of that field and neutral gas ionization in the chamber. The first series of experiments showed that the overwhelming majority of plasma electrons do not accelerate after the creation of an electric field up to 150 V/cm; at the same time powerful oscillations are excited in the plasma. These oscillations appear as a result of the effect on the plasma, of a non-uniform electric field. The results obtained in this series of experiments are analogous to those obtained on plasma betatrons.In the second series of experiments the accelerating electric field was created uniformly and simultaneously along the column of the preliminary plasma. Comparison of the plasma density obtained with the aid of a probe technique, and measurement of the currents that appeared in the plasma show that probably all plasma electrons are initially accelerated by the electric field. Subsequently, however, for reasons that are unclear so far, acceleration ceases and the plasma current becomes a purely ohmic current. Measurement of the x-ray energy that appeared in experiments with an accelerating field of 250 V/cm shows that the electron component of the plasma is, under these conditions, heated by a short electric field pulse (1.7 × 10−7 sec duration) to a temperature of 50 - 70 keV. It is assumed that these effects can be very significant for obtaining large accelerated currents in plasma betatrons. In a denser plasma, one does not succeed in accelerating the electrons to relativistic energies; however, the superposition of a strong electric field can be applied with success for heating the electron component of the plasma.
著者は、金属製の真空容器を覆う筐体に現れる像電流によって、環状軌道上の電子ビームの平衡が保たれるトロイダル装置におけるプラズマ電子の加速を研究した。初期プラズマは、トロイダル磁場中で、磁力線に沿った電子注入と、容器内の中性ガスの電離によって生成された。第一系列の実験では、電界が最大150 V/cmに達したにもかかわらず、プラズマ電子の大部分は加速されず、代わりにプラズマ中に強い振動が励起された。この結果は、非一様電界の作用下でのプラズマの挙動に関する理論的予測と定性的に一致した。第二系列の実験では、予備プラズマの柱に沿って一様な加速電界が同時に生成された。プローブ法によるプラズマ密度の測定と、プラズマ中に現れる電流の測定を比較した結果、おそらくすべてのプラズマ電子が最初は電界によって加速されるが、その後、未だ解明されていない理由により加速が停止し、プラズマ電流は純オーム性を示すことが示された。250 V/cmの加速電界を用いた実験では、1.7×10⁻⁷秒の持続時間を持つ短い電界パルスが、プラズマの電子成分を50〜70 keVの温度に加熱することが観測された。これらの結果は、プラズマベータトロンにおいて大きな加速電流を得るために重要であると考えられる。より高密度のプラズマでは、電子を相対論的エネルギーまで加速することは困難であるが、強力な電界の重ね合わせは、プラズマの電子成分の加熱に有効に適用できることが示された。