Expansion of a Bose-Einstein Condensate in an atomic waveguide

The expansion of a Bose-Einstein condensate in an atomic waveguide is analyzed. We study different regimes of expansion, and identify a transient regime between one-dimensional and three-dimensional dynamics, in which the properties of the condensate and its further expansion can be well explained by reducing the transversal dynamics to a two-level system. The relevance of this regime in current experiments is discussed.Comment: 4 pages, 3 figs, Accepted for publication in Phys. Rev.

Universally Coupled Massive Gravity, II: Densitized Tetrad and Cotetrad Theories

Einstein's equations in a tetrad formulation are derived from a linear theory in flat spacetime with an asymmetric potential using free field gauge invariance, local Lorentz invariance and universal coupling. The gravitational potential can be either covariant or contravariant and of almost any density weight. These results are adapted to produce universally coupled massive variants of Einstein's equations, yielding two one-parameter families of distinct theories with spin 2 and spin 0. The theories derived, upon fixing the local Lorentz gauge freedom, are seen to be a subset of those found by Ogievetsky and Polubarinov some time ago using a spin limitation principle. In view of the stability question for massive gravities, the proven non-necessity of positive energy for stability in applied mathematics in some contexts is recalled. Massive tetrad gravities permit the mass of the spin 0 to be heavier than that of the spin 2, as well as lighter than or equal to it, and so provide phenomenological flexibility that might be of astrophysical or cosmological use.Comment: 2 figures. Forthcoming in General Relativity and Gravitatio

Characteristics of plasma streams and optimization of operational regimes for magnetoplasma compressor

The main objective of these studies is characterization of dense xenon plasma streams generated by magnetoplasma compressor (MPC) in different operational regimes. Optimization of plasma compression in MPC allows increase of the plasma stream pressure up to 22…25 bar, average temperature of electrons of 10…20 eV and plasma stream velocity varied in the range of (2…9)×10⁶ cm/s depending on operation regime. Spectroscopy measurements demonstrate that in these conditions most of Xe spectral lines are reabsorbed. In the case of known optical thickness, the real value of electron density can be calculated with accounting self-absorption. Estimations of optical thickness were performed and resulting electron density in focus region was evaluated as 10¹⁸ cm⁻³. Remove selectedПроведено експерименти з оптимізації режимів роботи МПК та виміряно параметри плазмових потоків при роботі на ксеноні. Проаналізовано розподіли тиску в плазмовому потоці, швидкість та температура плазми. Спектроскопічні вимірювання показали, що більшість спектральних ліній ксенону самопоглинені. У випадку відомої оптичної товщини, реальна електронна густина може бути обчислена з урахуванням ефекту самопоглинання. Були проведені оцінки оптичної товщини, в результаті чого розрахована величина концентрації електронів в області компресії – 10¹⁸ см⁻³.Проведены эксперименты по оптимизации режимов работы МПК, измерены параметры плазменных потоков при работе на ксеноне. Проанализированы распределения давления в плазменном потоке, скорость и температура плазмы. Спектроскопические измерения показали, что большинство спектральных линий ксенона самопоглощены. В случае известной оптической толщины реальная электронная плотность может быть вычислена с учетом эффекта самопоглощения. Проведены оценки оптической толщины, в результате чего рассчитано значение концентрации электронов в области компрессии – 10¹⁸ см⁻³

Diagnostic system for EUV radiation measurements from dense xenon plasma generated by MPC

Magnetoplasma compressor (MPC) of compact geometry has been designed and tested as a source of EUV radiation. In present paper diagnostic system for registration of EUV radiation is described. It was applied for radiation measurements in different operation modes of MPC. The registration system was designed on the base of combination of different types of AXUV photodiodes. Possibility to minimize the influence of electrons and ions flows from dense plasma stream on AXUV detector performance and results of the measurements has been discussed.Магнітоплазмовий компресор (МПК) компактної геометрії було розроблено і випробувано у якості джерела випромінювання ВУФ. У цій роботі описана діагностична система для реєстрації ВУФ-випромінювання. Проведено вимірювання ВУФ- випромінювання в різних режимах роботи МПК. Система реєстрації побудована на основі поєднання різних типів фотодіодів AXUV. Було досліджено вплив потоку електронів та іонів з плазми на поверхню детектора, а також видимого випромінювання на результати вимірювань.Магнитоплазменный компрессор (МПК) компактной геометрии был разработан и испытан в качестве источника излучения ВУФ. В настоящей работе описана диагностическая система для регистрации излучения ВУФ. Проведены измерения ВУФ-излучения в различных режимах работы МПК. Система регистрации построена на основе сочетания различных типов фотодиодов AXUV. Было исследовано влияние потока электронов и ионов из плазмы на поверхность детектора, а также видимого излучения на результаты измерений

Compression zone formation in magnetoplasma compressor operating with heavy gases

Present work is devoted to experimental investigations of the plasma compression zone dynamics and its influence on radiation characteristics. The construction of magneto-plasma compressor (MPC) of compact geometry with conical copper electrodes is described. Comprehensive information about dynamics of compression zone formation, it position, plasma parameters and geometric dimensions was obtained using spectral diagnostics. Plasma stream density ~ 10^18cm^-3 was measured by Stark broadening of Xe spectral lines. Electron temperature 5...7 eV was estimated using the ratio of Xe lines intensities. EUV radiation intensity was detected by registration system consisting on absolutely calibrated AXUV diodes with integrated thin-films filter for different wavelength ranges and multi-layered MoSi mirrors. Spatial distributions of electrical currents has been performed also.В центре внимания экспериментальные исследования динамики формирования плазменного пинча и его влияния на излучательные характеристики плазмы. Обсуждается конструкция магнито-плазменного компрессора (МПК) компактной геометрии с коническими медными электродами. Исчерпывающая информация о динамике формирования зоны сжатия, ее локализации, плазменных параметрах и геометрических размерах получена с помощью спектральной диагностики. Электронная плотность плазмы (~10^18 см^-3) измерена по штарковскому уширению спектральных линий Xe. Электронная температура (5...7 эВ) оценивалась по отношению интенсивностей спектральных линий Xe. Регистрирующая система, состоящая из абсолютно калиброванных AXUV диодов с покрытием для различных диапазонов длин волн и многослойного MoSi-зеркала, использовалась для регистрации ВУФ-излучения плазмы. Также представлены пространственные распределения электрических токов выноса.В центрі уваги експериментальні дослідження динаміки формування плазмового пінча і його впливу на випромінювальні характеристики плазми. Обговорюється конструкція магніто-плазмового компресора (МПК) компактної геометрії з конічними мідними електродами. Вичерпна інформація про динаміку формування компресійної зони, її локалізацію, плазмові параметри та геометричні розміри отримана за допомогою спектральної діагностики. Електронна густина плазми (~10^18 см^-3) виміряна із штарківського розширення спектральних ліній Xe. Електронна температура (5...7 еВ) визначалась по відношенню інтенсивностей спектральних ліній Xe. Реєструюча система, яка складається із абсолютно каліброваних AXUV діодів з покриттям для різних діапазонів довжин хвиль та багатошарового MoSi-дзеркала, використовувалась для реєстрації ВУФ-випромінювання плазми. Також представлено просторові розподіли електричних струмів

Control of the compression zone position in plasma streams generated by MPC

This paper is devoted to the investigation of magnetohydrodynamic characteristics of plasma streams generated by a magnetoplasma compressor (MPC) and control mechanisms of a compression zone position. Nitrogen, helium, and argon were used as working gases. The measurement results of electric currents spatial distributions in the plasma streams identified that for helium (P = 10 Torr) both toroidal vortices and magnetic field displacement from the near-axis region are observed, then, the electric current direction reverses. Similar spatial structure of the electric currents was observed for helium with the initial pressure of 2 Torr. However, in this case, the electric current direction changes much earlier. The electric currents flow from 20 cm to 30 cm from the central electrode of MPC accelerating channel in the modes with nitrogen (P = 0.6 and P = 0.3 Torr). There are current vortices and a sizable magnetic field displacement at a distance of a 6 cm to 18 cm from the MPC output. The duration of a plasma stream generation is about two times less for helium than for the modes of operation with other gases.Метою статті є дослідження магнітогідродинамічних характеристик плазмових потоків, що генеруються магнітоплазмовим компресором (МПК), та механізмів керування положенням зони компресії. У якості робочих газів було використано азот, аргон та гелій. Результати вимірювання просторового розподілу електричних струмів у плазмовому потоці продемонстрували, що для гелію (Р = 10 Торр) спостерігаються як тороїдальні вихори струму, так і витіснення магнітного поля із приосьової області, з подальшою зміною напрямку протікання струму. Подібну просторову структуру електричних струмів було отримано і для гелію з початковим тиском 2 Торр. Проте, у цьому випадку, напрямок протікання струму змінюється значно раніше. У режимах роботи з азотом на залишковому газі (P = 0.6 та P = 0.3 Toрр) струми розповсюджується на відстані від 20 см до 30 см від центрального електроду прискорювального каналу МПК. Розвиваються вихори струму із подальшим витісненням магнітного із приосьової області на відстані від 6 см до 18 см від виходу МПК. Також виявлено, що для режимів роботи з гелієм час генерації плазмового потоку майже у два рази менше, порівняно з режимами роботи на інших газах.Целью этой статьи является исследование магнитогидродинамических характеристик плазменных потоков, генерируемых магнитоплазменным компрессором (МПК), и механизмов управления положением зоны компрессии. В качестве рабочих газов использовались азот, аргон и гелий. Было обнаружено, что для гелия (Р = 10 Торр) наблюдаются как тороидальные токовые вихри, так и вытеснение магнитного поля из приосевой области, с дальнейшей сменой направления протекания тока. Подобная пространственная структура электрических токов была получена и для гелия с начальным давлением 2 Торр. Однако, в этом случае, направление протекания тока меняется значительно раньше. В режимах работы с азотом при остаточном давлении (Р = 0.6 и Р = 0.3 Торр) токи распространяются на расстояния от 20 см до 30 см от центрального электрода ускорительного канала МПК. Происходит развитие токовых вихрей, с дальнейшим вытеснением магнитного поля из приосевой области на расстоянии от 6 см до 18 см от выхода МПК. Также было установлено, что для режимов работы с гелием время генерации плазменного потока почти в два раза меньше, в сравнении с режимами работы на других газах

Discharge parameters of magnetoplasma compressor: effect of external axial magnetic field

This paper reports the findings of our recent experiments on the evaluation of the external axial magnetic field effect on the discharge parameters of a magnetoplasma compressor (MPC). The discharge-voltage characteristics were obtained for varied magnitudes of an external axial magnetic field produced by a solenoid installed on the accelerating channel. Present experiments were carried out with helium (at the initial pressures of 2 and 10 Torr) and argon (at the initial pressure of 1 Torr) as working gases at different initial voltages. The external magnetic field varied up to 0.4 T. The discharge-voltage characteristics can be altered by the magnitude of the external magnetic field, as well as by the geometrical properties of an accelerating channel.Наведено результати експериментів з вивчення впливу зовнішнього поздовжнього магнітного поля на параметри розряду магнітоплазмового компресора (МПК). Вольт-амперні характеристики було отримано для різних значень зовнішнього поздовжнього магнітного поля, що створюється соленоїдом, який встановлено на прискорювальному каналі МПК. Експерименти було проведено з використанням гелію (за початкового тиску від 2 до 10 Торр) та аргону (за початкового тиску 1 Торр) у якості робочих газів за різних значень початкової напруги. Зовнішнє магнітне поле змінювалося до 0,4 Тл. Вольт-амперні характеристики можуть змінюватися залежно від величини зовнішнього поздовжнього магнітного поля, а також від геометричних параметрів прискорювального каналу.Представлены результаты экспериментов по изучению влияния внешнего продольного магнитного поля на параметры разряда магнитоплазменного компрессора (МПК). Вольт-амперные характеристики были получены для разных значений внешнего продольного магнитного поля, которое создаётся соленоидом, установленным на ускорительный канал МПК. Эксперименты проводились с использованием гелия (при начальном давлении от 2 до 10 Торр) и аргона (при начальном давлении 1 Торр) в качестве рабочих газов при разных начальных напряжениях. Внешнее магнитное поле менялось до 0,4 Тл. Вольт-амперные характеристики могут меняться в зависимости от величины внешнего продольного магнитного поля, а также от геометрических параметров ускорительного канала

Compression zone formation in plasma streams generated by MPC device operating with gases of different mass

This paper presents analysis of compression zone formation in plasma streams generated by compact magnetoplasma compressor operating with argon and helium. The main aim for this investigation is characterization of plasma in compression zone in dependence on initial concentration of working gas. The initial concentration was changed by variation of residual gas pressure in vacuum chamber. The mass flow rate was kept constant. It was possible due to 10 times difference between He and Ar masses. Thus, decrease of residual pressure from 10 Torr for helium till 1 Torr for argon allows keep the mass flow rate in spite the initial density value decreases in 10 times. The temporal and spatial distributions of plasma density were measured in plasma stream and in the compression region in both cases. It was shown with spectroscopy that plasma density in compression region increased up to 3.5 times with decreasing initial concentration in 10 times. The obtained result is in agreement with analytical estimation that follows from the Bernoulli equation. Plasma dynamics in compression region is also discussed.Статья посвящена анализу формирования зоны компрессии в плазменных потоках, генерируемых компактным магнитоплазменным компрессором МПК, используя в качестве рабочего газа аргон и гелий. Основной целью данной работы являлся анализ параметров плазмы в зоне компрессии и их зависимость от начальной концентрации рабочего газа. Начальная концентрация изменялась путем выбора величины давления остаточного газа в вакуумной камере. Массовый расход газа остался постоянным, благодаря 10-кратной разнице масс аргона и гелия. Таким образом, уменьшение остаточного давления с 10 Торр для гелия до 1 Торр для аргона позволяет сберечь массовый расход при уменьшении начальной концентрации в 10 раз. Временные и пространственные распределения электронной плотности плазмы в области компрессии были измерены для двух случаев. Спектроскопические измерения показали, что плотность плазмы в области сжатия увеличилась в 3,5 раза при уменьшении начальной концентрации рабочего газа в 10 раз, что согласуется с аналитическими оценками из уравнения Бернулли. Также представлены исследования динамика плазмы в зоне компрессии.Стаття присвячена аналізу формування компресійної зони в плазмових потоках, що генеруються компактним магнітоплазмовим компресором МПК, використовуючи в якості робочого газу аргон та гелій. Основною метою роботи є аналіз параметрів плазми в зоні компресії та їх залежність від початкової концентрації робочого газу. Початкова концентрація змінювалася за допомогою зміни тиску залишкового газу у вакуумній камері. Масовий розхід газу залишався постійним, завдяки 10-разовій різниці між масами аргону та гелію. Таким чином, зменшення залишкового тиску з 10 Торр для гелію до 1 Торр для аргону дозволяє зберегти масовий розхід в той час як значення початкової концентрації зменшується в 10 разів. Часові та просторові розподіли електронної густини плазми вимірювались в зоні компресії для обох випадків. Часові та просторові розподіли густини плазми були виміряні в плазмовому потоці та зоні компресії обох випадках. Спектроскопічні вимірювання показали, що електронна густина плазми в зоні компресії збільшується в 3,5 рази при зниженні початкової концентрації в 10 разів, що узгоджується з аналітичними оцінками з рівняння Бернуллі. Також досліджувалася динаміка плазми в зоні компресії

Measurement of the local electron temperature in self-compressed plasma stream

The local electron temperature measurements with the double electric probe in the compression zone are presented. Electric probes make it possible to measure the electron temperature with a reasonably good spatial resolution. Double electric probe application for electron temperature measurements in the dense self-compressed plasma stream is discussed. We have shown experimentally that the electric probe operates in a diffusion regime.Наведено результати вимірювань локальної електронної температури подвійним електричним зондом у зоні стиснення. Електричні зонди дозволяють вимірювати температуру електронів з досить високою просторовою роздільною здатністю. Розглянуто застосування подвійного електричного зонда для вимірювання електронної температури в щільному потоці самостисненої плазми. Експериментально показано, що електричний зонд працює в дифузійному режимі.Представлены результаты измерений локальной электронной температуры двойным электрическим зондом в зоне компрессии. Электрические зонды позволяют измерять температуру электронов с достаточно хорошим пространственным разрешением. Обсуждается применение двойного электрического зонда для измерения электронной температуры в плотном потоке самосжатой плазмы. Экспериментально показано, что электрический зонд работает в диффузионном режиме

MHD characteristics of compression zone in plasma stream generated by MPC

An investigation of local MHD plasma parameters in flow and characterizations of plasma streams, generated by different types of plasma accelerators and magneto-plasma compressors, is one of actual and important from point of view basic plasma dynamics research and plasma applications in different technologies. The present paper devoted to analysis of magneto-hydrodynamic characteristics of the plasma stream generated by the MPC compact geometry. Such important parameters as spatial distributions of electric current and spatial distribution of electromagnetic force in plasma stream, plasma density and velocity in compression zone have been investigated.Исследование локальных МГД параметров плазмы в потоке и характеристик плазменных потоков, генерируемых различными видами плазменных ускорителей и магнито-плазменных компрессоров, является актуальной фундаментальной задачей физики плазмы. Настоящая работа посвящена анализу магнито- гидродинамических характеристик плазменного потока, генерируемого MПК. Были исследованы такие важные параметры, как пространственные распределения электрического тока и электромагнитной силы в плазменном потоке, плотность плазмы и скорость в зоне компрессии.Дослідження локальних МГД параметрів плазми в потоці та характеристик плазмових потоків, що генеруються різними видами плазмових прискорювачів і магніто-плазмових компресорів, є актуальною фундаментальною задачею фізики плазми. Дана робота присвячена аналізу магніто-гідродинамічних характеристик плазмового потоку, який генерується MПК. Були досліджені такі важливі параметри, як просторові розподіли електричного струму та електромагнітної сили в плазмовому потоці, густина плазми та швидкістьу зоні компресії