Laser beam coupling with capillary discharge plasma for laser wakefield acceleration applications

One of the most robust methods, demonstrated up to date, of accelerating electron beams by laser-plasma sources is the utilization of plasma channels generated by the capillary discharges. These channels, i.e., plasma columns with a minimum density along the laser pulse propagation axis, may optically guide short laser pulses, thereby increasing the acceleration length, leading to a more efficient electron acceleration. Although the spatial structure of the installation is simple in principle, there may be some important effects caused by the open ends of the capillary, by the supplying channels etc., which require a detailed 3D modeling of the processes taking place in order to get a detailed understanding and improve the operation. However, the discharge plasma, being one of the most crucial components of the laser-plasma accelerator, is not simulated with the accuracy and resolution required to advance this promising technology. In the present work, such simulations are performed using the code MARPLE. First, the process of the capillary filling with a cold hydrogen before the discharge is fired, through the side supply channels is simulated. The main goal of this simulation is to get a spatial distribution of the filling gas in the region near the open ends of the capillary. A realistic geometry is used for this and the next stage simulations, including the insulators, the supplying channels as well as the electrodes. Second, the simulation of the capillary discharge is performed with the goal to obtain a time-dependent spatial distribution of the electron density near the open ends of the capillary as well as inside the capillary. Finally, to evaluate effectiveness of the beam coupling with the channeling plasma wave guide and electron acceleration, modeling of laser-plasma interaction was performed with the code INF&RNOComment: 11 pages, 9 figure

ТЕМПЕРАТУРНІ РЕЖИМИ ЗОН ЗВОРОТНИХ ТОКІВ У БЛИЖНЬОМУ СЛІДІ ЦИЛІНДРИЧНИХ СТАБІЛІЗАТОРІВ ПОЛУМ'Я

The results of experimental studies of the temperature regimes of the back flow zones behind the cylindrical flame stabilizers of microjet burners are presented. The authors have considered a burner device, which is a circular channel with a cylindrical stabilizer placed in it. Circular openings for feeding fuel gas (propane-butane) into the blowing air flow off are located in a circle on the stabilizer. To determine the sizes of the back flow zones in the regions astern of the stabilizer, a method of visualizing the flow using sodium salts was used. The temperature measurement in the back flow zone was carried out by the chromel-alumel thermocouple. The regularities of the influence on the length of the back flows zones and the temperatures in these zones of such regime parameters of the combustion process as the value of the air flow velocity at the inlet to the channel and the air excess coefficient are analysed. Particular attention is paid to the study of the features of the change in the heat state and the length of the back flow zones as a function of the magnitude of the relative pitch of disposition of the gas-supply openings. An increase in the relative pitch of the gas-supplying openings and the air excess coefficient is shown to lead to a decrease in the length of the back flow zones, and an increase in the airflow velocity, on the contrary, increases this length. The influence of the relative pitch of disposition of the gas is noted to supply openings related to the fact that its growth leads to an increase in the injecting action of the fuel gas jets, which consists in a greater attraction of ambient air to the fuel jets. This in turn leads to an additional increase in the degree of rarefaction in the back flows zone beyond the stabilizer, and then to a decrease in the length of this zone. The dependence of the length of the back flow zone on the magnitude of the relative pitch of the gas supply openings is observed to be significant only at relatively high values of the air excess coefficient. With an increase in this pitch and the air-flow velocity, the maximum values of the temperatures are defined to increase. An increase in the air excess coefficient is considered to lead to a drop in maximum temperatures in the back flows zone. The results of the completed studies can be used in energy practice in the design of burner devices for fuel combustion equipment with relatively low power, when it is necessary to ensure the uniformity of heat supply over the fire space.Наведено результати експериментальних досліджень теплового стану мікрофакельних пальникових пристроїв з циліндричними стабілізаторами полум'я. Встановлено особливості формування температурних режимів і геометричних характеристик зон зворотних токів у закормовій ділянці циліндричних стабілізаторів. Проаналізовано закономірності впливу конструктивних і режимних чинників на основні параметри процесу спалювання в розглядуваних пальникових пристроях. Наведено дані щодо залежності довжини зон зворотних токів у закормових ділянках циліндричних стабілізаторів полум'я та величини температур у них від таких режимних параметрів процесу спалювання, як величина швидкості потоку повітря на вході в канал і коефіцієнт надлишку повітря. Встановлено, що зі збільшенням швидкості повітряного потоку протяжність зони зворотних токів зростає, вплив же коефіцієнта надлишку повітря має протилежний характер: довжина зони зворотних токів і рівень температур у них зменшуються зі зростанням коефіцієнта надлишку повітря. Певну увагу приділено дослідженню особливостей зміни теплового стану і протяжності зон зворотних токів за стабілізаторами полум'я від величини відносного кроку розташування газоподавальних отворів. Зазначено, що з огляду на інжектуючу дію струмин паливного газу відбувається скорочення довжини зон зворотних токів зі збільшенням вказаного відносного кроку

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА В ЗОНЕ ГОРЕНИЯ ГОРЕЛОК С ЭШЕЛОНИРОВАННЫМИ РЕШЕТКАМИ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЛАМЕНИ

Наведено результати експериментальних досліджень температурних полів продуктів горіння у пальниках з підковоподібним розташуванням стабілізаторів полум'я. Подано детальну інформацію щодо експериментального стенду та застосованої вимірювальної апаратури. Представлено дані порівняльного аналізу температурних режимів зони горіння за наявності та відсутності ешелонування стабілізаторів полум'я. Виявлено, що зазначені режими мають певну якісну схожість у розглядуваних ситуаціях. Встановлено також наявність істотних відмінностей у характеристиках порівнюваних температурних режимів. Зокрема виявлено, що розподіли температури за центральним і периферійними стабілізаторами істотно відрізняються в умовах наявності їх ешелонування і є близькими у якісному та кількісному вимірі в разі розташування торців стабілізаторів в одній площині. За результатами зіставлення значень температури поблизу стінки каналу в умовах ешелонування стабілізаторів полум'я та без нього встановлено, що ці значення є істотно нижчими для першої зі зазначених ситуацій. Показано, що відмінності порівнюваних температур на відстані 2,0·10-3 м від стінки каналу можуть сягати 230 °С. На основі виконаних досліджень рекомендовано застосувати в енергетичній практиці пальники з підковоподібним розташуванням стабілізаторів полум'я в разі потреби зниження теплового навантаження на стінки амбразур котлів.The article is devoted to experimental studies of the thermal state of the combustion zone for burner devices with horseshoe-shaped echeloning of flame stabilizers. Studies were carried out on the stand with a working area in which flat flame stabilizers were installed in various ways. In the article a detailed description of the experimental stand and the instrumentation used are given. The possibilities of using burners with horseshoe-shaped arrangement of flame stabilizers are analyzed to reduce the thermal load on the walls of the embrasure of the boiler. For this purpose, a comparison of the situations corresponding to the presence and absence of echeloning of the flame stabilizers is carried out. The conditions for burning propane-butane in the burner devices under study are considered. The results of the analysis of the temperature regimes of the combustion zone for the two specified situations are given. General regularities in the formation of temperature fields in the regions behind the end of flame stabilizers are noted. Specific features of these fields for the echeloned and non-echeloned grates of stabilizers are also discussed. It is indicated, in particular, that there is a significant difference in character of the temperature distribution behind the central and peripheral flame stabilizers in the case of a horseshoe-shaped echeloned arrangement. Data on the comparison of the temperature levels of the combustion products near the channel wall for the horseshoe-shaped grate of stabilizers and for the arrangement of their ends in one plane are given. There is a noticeable decrease in this temperature in the case of burners with the indicated type of echeloning flame stabilizers (this decrease reaches several hundred degrees). Based on the results of the performed studies, it was concluded that the horseshoe-shaped arrangement of flame stabilizers in burners is an effective means of reducing the thermal load on the walls of the boiler embrasure and can be widely used in energy practice. Further studies of this problem will concern the analysis of the influence on the formation of temperature fields of the combustion zone of such factors as the magnitude of the step of the shift of the stabilizers relative to each other, the degree of blockage by the stabilizers of the passage section of the channel, the number of flame stabilizers in the lattice and others.Приведены результаты экспериментальных исследований температурных полей продуктов горения в горелках с подковообразным расположением стабилизаторов пламени. Дана подробная информация об экспериментальном стенде и применяемой измерительной аппаратуре. Представлены данные сравнительного анализа температурных режимов зоны горения при наличии и отсутствии эшелонирования стабилизаторов пламени. Выявлено, что указанные режимы имеют определенное качественное сходство в рассматриваемых ситуациях. Установлено также наличие существенных различий в характеристиках сравниваемых температурных режимов. В частности установлено, что распределения температуры по центральному и периферийным стабилизаторам в условиях наличия их эшелонирования существенно отличаются и близки в качественном и количественном отношении при расположении торцов стабилизаторов в одной плоскости. По результатам сопоставления значений температуры вблизи стенки канала в условиях эшелонирования стабилизаторов пламени и без него установлено, что эти значения существенно ниже для первой из указанных ситуаций. Показано, что различия сравниваемых температур на расстоянии 2,0·10-3 м от стенки канала могут достигать 230 °С. На основе выполненных исследований рекомендовано применять в энергетической практике горелки с подковообразным расположением стабилизаторов пламени при необходимости снижения тепловой нагрузки на стенки амбразур котлов

NEW EVALUATION METHOD FOR EFFICACY OF HYPOTENSIVE TREATMENT WITH ACE INHIBITORS

The work, using Enam as an example, provides a new original evaluation method for hypotensive action of drugs. The method is based upon primary analysis of daily blood pressure monitoring data with subsequent transformation into a graphic form of BP values likelihood distribution over a plane. The authors called the image obtained in this manner hypertension areal. The authors distinguish a core and a peripheral part of hypertension areal, proposing an evaluation method for many characteristic parameters. Hypotensive action is evaluated by changes in areal square over time. Patients receiving Enam were divided into 3 groups depending on the extent of hypotensive effect, by means of a neural network. Hypotensive effect is characterized based on the proposed standpoints for each group

Laboratory Modeling of Rotation in Accreting Astrophysical Objects Using Pulsed Power Plasma Accelerators.

International audienc

Plasma channel formation in the knife-like focus of laser beam

The plasma channel formation in the focus of a knife-like nanosecond laser pulse irradiating a gas target is studied theoretically, and in gas-dynamics computer simulations. The distribution of the electromagnetic field in the focus region, obtained analytically, is used to calculate the energy deposition in the plasma, which then is implemented in the magnetohydrodynamic computer code. The modelling of the channel evolution shows that the plasma profile, which can guide the laser pulse, is formed by the tightly focused short knife-like lasers. The results of the simulations show that a proper choice of the convergence angle of a knife-like laser beam (determined by the focal length of the last cylindrical lens), and laser pulse duration may provide a sufficient degree of azimuthal symmetry of the formed plasma channel

Plasma channel formation in the knife-like focus of laser beam

The plasma channel formation in the focus of a knife-like nanosecond laser pulse irradiating a gas target is studied theoretically, and in gas-dynamics computer simulations. The distribution of the electromagnetic field in the focus region, obtained analytically, is used to calculate the energy deposition in the plasma, which then is implemented in the magnetohydrodynamic computer code. The modelling of the channel evolution shows that the plasma profile, which can guide the laser pulse, is formed by the tightly focused short knife-like lasers. The results of the simulations show that a proper choice of the convergence angle of a knife-like laser beam (determined by the focal length of the last cylindrical lens), and laser pulse duration may provide a sufficient degree of azimuthal symmetry of the formed plasma channel