Значення слова "Пинч-ефект"
Пінч-ефект (від англ. Pinch - звуження, стиснення), ефект самостягіванія розряду, властивість електричного струмового каналу в сжимаемой провідному середовищі зменшувати своє перетин під дією власної, що породжується самим струмом, магнітного поля. Вперше це явище описано в 1934 американським ученим У. Беннет стосовно потокам швидких заряджених частинок в газорозрядної плазмі. Термін «П.-е.» введений в 1937 англійським фізиком Л. Тонкс при дослідженні дугового розряду.
Механізм П.-е. найпростіше зрозуміти на прикладі струму I. поточного уздовж осі циліндра, заповненого провідним середовищем. Силові лінії магнітного поля, створюваного I. мають вигляд концентричних кіл, площини яких перпендикулярні осі циліндра. Електродинамічна сила, що діє на одиницю об'єму провідного середовища з щільністю струму j, в СГС системі одиниць дорівнює 1 / c × [jb] і спрямована до осі циліндра, прагнучи стиснути середу. Що виникає стан і є П.-е. (Тут квадратні дужки позначають векторний твір; с - швидкість світла у вакуумі; В - магнітна індукція в даному одиничному обсязі.) П.-е. можна вважати також простим наслідком Ампера закону про магнітне притягання окремих паралельних струмових ниток (елементарних струмових трубок), сукупністю яких є струмовий циліндр. Магнітному стиску перешкоджає газокінетичний тиск провідного середовища, обумовлене тепловим рухом її частинок; сили цього тиску спрямовані від осі струмового каналу. Однак при досить великому струмі перепад магнітного тиску стає більше газокінетичний і струмовий канал стискається - виникає П.-е.
Для П.-е. необхідно приблизна рівність концентрацій носіїв зарядів протилежного знака в середовищі. В потоках же носіїв зарядів одного знака електричне поле просторового заряду ефективно перешкоджає стисненню струму. Проходження досить великих струмів через газ супроводжується його переходом в стан повністю іонізованої плазми, що складається з заряджених частинок обох знаків. П.-е. в цьому випадку віджимає плазмовий шнур (струмовий канал) від стінок камери, в якій відбувається розряд. Т. о. створюються умови для магнітної термоізоляції плазми. Цим властивістю потужних самостискальних розрядів (їх називають Пінчем) пояснюється що виник у зв'язку з проблемою керованого термоядерного синтезу (КТС) інтерес до П.-е. як до найбільш простому і обнадійливі механізму утримання високотемпературної плазми.
Умови, при яких газокінетичний тиск плазми nk (Te + Ti) стає рівним магнітному тиску поля струму I. описуються співвідношенням Беннета: (2I / cr) 2/8 p = nk (Te + Ti). Тут n - число часток в одиниці об'єму, r - радіус пинча; Te і Ti - електронна і іонна температури, відповідно; n - число електронів в одиниці об'єму (рівне з умови квазінейтральності плазми числу іонів); k - Больцмана постійна. З формули Беннета слід, що для досягнення мінімальної температури (Т 10 8 К), при якій термоядерний синтез може представляти інтерес як джерело енергії, потрібно хоча і великий, але цілком здійсненний струм 10 6а. Дослідження Пінчем в дейтерії почалося в 1950-51 одночасно в СРСР, США і Великобританії в рамках національних програм по УТС. При цьому основна увага приділялася двом типам Пінчем - лінійному і тороїдальному. Передбачалося, що плазма в них при протіканні струму буде нагріватися не тільки за рахунок її власного електричного опору (Джоуль нагрів), але і при так званому адіабатичному (т. Е. Те, що відбувається без обміну енергією з навколишнім середовищем) стисненні пинча. Однак в перших же експериментах з'ясувалося, що П.-е. супроводжується розвитком різних плазмових нестійкостей (див. Магнітні пастки). Утворювалися місцеві стискання ( «шийки») пинча, його вигини і гвинтові обурення ( «змійки»). Наростання цих збурень відбувається надзвичайно швидко і веде до руйнування пинча (його розриву або викиданню плазми на стінки камери). Виявилося, що найпростіші Пінчем схильні практично всіма видами неустойчивостей високотемпературної плазми і можуть служити як для їх вивчення, так і для випробування різних способів стабілізації плазмового шнура. Струм 10 6а в установках з лінійним пінчём отримують при розряді на газовий проміжок потужних конденсаторних батарей. Швидкості наростання струму в окремих випадках 10 12а / сек. При цьому найбільш істотним виявляється не джоулів нагрів, а електродинамічне прискорення до осі струмового шнура його тонкої зовнішньої оболонки (скін-шару; см. Скін-ефект), що супроводжується утворенням потужної сходящейся до осі ударної хвилі. Перетворення накопиченої такою хвилею енергії в теплову створює плазму з температурою, набагато більш високою, ніж міг би дати джоулів нагрів. З ін. Боку, перетворення в Пінчем енергії електричного струму в теплову стає значно ефективніше, коли визначальний внесок в електричний опір плазми починає давати її турбулентність, що виникає при розвитку так званих мікронеустойчівостей (див. Плазма).
Для потужних імпульсних Пінчем в розрідженому дейтерії характерно, що при деяких умовах вони стають джерелами жорстких випромінювань (нейтронного і рентгенівського). Це явище вперше було виявлено в СРСР в 1952.
Хоча в найпростіших варіантах Пінчем і не вдалося вирішити задачу УТС, самосжімающегося розряди з'явилися своєрідною школою плазмових досліджень, дозволивши отримувати щільну плазму з часом життя хоча і малим, але достатнім для вивчення фізики П.-е. створити різноманітні методи діагностики плазми, розвинути сучасну теорію процесів в ній. Еволюція установок, що використовують П.-е. привела до створення багатьох типів плазмових пристроїв, в яких нестійкості П.-е. або стабілізуються за допомогою зовнішніх магнітних полів ( «Токамаки», Q -пінчі і т.д.), або самі ці нестійкості використовуються для отримання короткоживущей надщільного плазми в так званих «швидких» процесах ( «плазмовий фокус», «мікро-пінч» ). Тому в даний час (1975) значне місце в національній і міжнаціональної програмах вирішення проблеми УТС (СРСР, США, Європейське співтовариство з атомної енергії) відводиться системам, в основі яких лежить П.-е.
П.-е. має місце не тільки в газовому розряді, але і в плазмі твердих тіл, особливо в так званій сильно вироджених електронно-доречний плазмі напівпровідників.
Літ .: Арцимовіч Л. А. Елементарна фізика плазми, 3 вид. М. 1969 Пост Р. Високотемпературна плазма і керовані термоядерні реакції, пров. з англ. М. 1961; Стіл М. Вюраль Б. Взаємодія хвиль в плазмі твердого тіла, пер. з англ. М. 1973.
Т. І. Філіппова, Н. В. Філіппов.
Велика Радянська Енциклопедія М. "Радянська енциклопедія", 1969-1978
Читайте також в Великої радянської енциклопедії:
Піо Луї Піо (Pio) Луї (14.12.1841, Роскілле, Данія, - 8.7.1894, Чикаго, США), діяч данського робочого руху. Колишній лейтенант датської армії, П. під враженням подій Паризької Комуни 187.
Піодермія Піодермія (від грец. Pýon - гній і dérma - шкіра), гнійне ураження шкіри, що виникає в результаті впровадження в неї гноєтворних коків. Одна з найбільш поширених шкірних.
Півонія Півонія, пеон (Paeonia), рід багаторічних трав'янистих рослин, рідше чагарників або напівчагарників сімейства Лютикова (часто виділяють в однотипної сімейство Піоновий). У трав'янистих П. по.