Устройство для получения высокотемпературной плазмы

Номер патента: 1616386

Авторы: Павловский, Веселов, Корчагин, Ларцев, Демидов

Формула

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, содержащее источник электромагнитной энергии и осесимметричную плазменную камеру, состоящую из камеры ускорения плазмы, образованной подключенными к источнику электромагнитной энергии коаксиальными электродами, кольцевой зазор между которыми выполнен в форме сопла Лаваля, и камеры торможения плазмы в виде кольцевого зазора между коаксиальными электродами, которые являются продолжением электродов камеры ускорения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и уменьшения массы и габаритов устройства путем совмещения функций источника начального магнитного поля и источника электромагнитной энергии, источник электромагнитной энергии выполнен в виде взрывомагнитного генератора с экспоненциальным нарастанием тока, оснащенного коммутатором тока, который подключен к выходу взрывомагнитного генератора параллельно плазменной камере.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор тока выполнен в виде размыкателя тока.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор тока выполнен в виде размыкателя, последовательно соединенного с замыкателем тока.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор тока выполнен в виде размыкателя тока, последовательно соединенного с резистором.

Описание

Изобретение относится к плазменной технике и управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано для получения высокотемпературной плазмы с целью изучения ее свойств, а также с целью генерации нейтронного излучения.
Целью изобретения является упрощение и уменьшение массы и габаритов устройства.
На фиг. 1 схематически изображено устройство для получения высокотемпературной плазмы; на фиг.2 коммутатор тока в виде размыкателя тока; на фиг.3 коммутатор тока в виде размыкателя тока, последовательно соединенного с замыкателем; на фиг.4 коммутатор тока в виде размыкателя тока, последовательно соединенного c резистором.
Устройство для получения высокотемпературной плазмы содержит источник 1 электромагнитной энергии и осесимметричную плазменную камеру 2, состоящую из камеры 3 ускорения плазмы, которая образована коаксиальными внутренним 4 и наружным 5 электродами, и камеры 6 торможения плазмы. Кольцевой зазор между электродами 4 и 5 выполнен в форме сопла 7 Лаваля, а камера 6 в виде кольцевого зазора между коаксиальными электродами, которые являются продолжением электродов 4 и 5 и замкнуты между собой со стороны, противоположной соплу 7, металлической крышкой 8. Электроды 4 и 5 подключены к выходу источника 1 и отделены друг от друга изолятором 9.
Электрод 5 и крышка 8 могут быть изготовлены из меди, электрод 4 из бескислородной меди, изолятор 9 из керамики.
Источник 1 выполнен в видe спирального взрывомагнитного генератора (ВМГ) 10 с экспоненциальным нарастанием тока.
Коммутатор 11 содержит внутренний 12 и наружный 13 коаксиальные электроды, являющиеся продолжением соответственно электродов 4 и 5 камеры 2 и с противоположной камере 2 стороны подключенные к выходу взрывомагнитного генератора 10. Цилиндрическая фольга 14 отделена от электрода 13 изолятором 15. Внутри электрода 12 и фольги 14 помещен заряд 16 взрывчатого вещества.
Фольга 14 с одной стороны соединена с электродом 12, а с другой с электродом 13 и, таким образом, замыкает электроды 12 и 13. Устройство также содержит дополнительный электрод 17 и резистор 18. На фиг.3 показана группа элементов 19, образующих замыкатель, и группа элементов 20, образующих размыкатель.
Устройство работает следующим образом.
В начальном состоянии коммутатор 11 замкнут. После заполнения камеры 2 газом (изотопами водорода) во взрывомагнитном генераторе 10 производится сжатие магнитного потока.
При использовании в качестве коммутатора 11 размыкателя тока (фиг.2) в течение всего времени t < tразм, где tразм момент размыкания цепи коммутатора тока, часть магнитного потока из генератора 10 передается в камеру 2 через омическое сопротивление первоначально замкнутой фольги 14. Эта часть магнитного потока создает в электродах камеры 2 ток Iкам(t), который до момента размыкания tразм растет со временем пропорционально току Iген (t), т.е. экспоненциально и с инкрементом нарастания тока
Iкам(t) Iген(t) e t
В этом случае требуемая величина тока в электродах камеры 2 Iкам(tразм) к моменту размыкания tразм обеспечивается подбором величины Rо омического сопротивления фольги.
По тому же закону растет и напряженность Но(t) магнитного поля в камере 2: Но(t) e t. Благодаря экспоненциальному росту тока напряженность электрического поля Ео (t) между электродами 4 и 5 пропорциональная производной по времени от тока dIкам/dt Iкам(t), оказывается пропорциональной напряженности Но(t) магнитного поля:
k где k коэффициент пропорциональности;
с скорость света.
Известно, что в скрещенных электрическом и магнитном полях замагниченные электроды дрейфуют перпендикулярно направлениям обоих полей со скоростью vдр, равной скорости движения магнитных силовых линий, которая выражается формулой
vдр
Для выполнения условия отсутствия пробоя на стадии введения начального магнитного поля эта скорость в самом напряженном, с точки зрения пробоя, месте, т. е. в критическом сечении сопла 7, должна быть меньше предельного, соответствующего пробою значения vпр:
k<v<sub>пр
Значение vпр определяется составом, плотностью газа и шириной ограничения на время tо нарастания тока в генераторе 10:
to > где r радиус расположения кольцевого сопла 7;
его ширина;
Lторм индуктивность камеры 6 торможения плазмы.
Отсюда следует ограничение на параметр времени нарастания тока: to to
При разрушении фольги 14 с помощью заряда 16 срабатывает размыкатель тока, и основной магнитный поток из генератора 10 перебрасывается в камеру 2. Далее под действием высокого напряжения, возникающего между электродами 4 и 5, происходит ионизация газа в камере 2. Полученная плазма под действием нарастающей в камере 3 напряженности магнитного поля ускоряется и при пропускании через сопло 7 приобретает на выходе сопла 7 скорость, превышающую альфвеновскую скорость звука, а затем тормозится и нагревается в ударной волне, формирующейся в камере 6 торможения на выходе из сопла 7 с помощью противодавления начального магнитного поля.
Таким образом, может быть достигнута, например, температура плазмы Т (1,5-2) кэВ при плотности ионов N 1017 см-3 с временем жизни плазмы 1 мкс.
Изобретение относится к плазменной технике и управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано при создании импульсных термоядерных установок. Цель - изобретения упрощение и уменьшение массы и габаритов устройства путем совмещения функций источника начального магнитного поля и источника электромагнитной энергии. Устройство содержит источник 1 электромагнитной энергии и осесимметричную плазменну камеру 2, состоящую из камеры 3 ускорения плазмы, образованной подключенными к источнику 1 коаксиальными электродами 4 и 5, и камеры 6 торможения плазмы. Кольцевой зазор между электродами 4 и 5 выполнен в форме сопла Лаваля, а камера 6 в виде кольцевого зазора между коаксиальными электродами, которые являются продолжением электродов 4 и 5 камеры 3 ускорения. Источник 1 выполнен в виде спирального взрывомагнитного генератора 10 с экспоненциальным нарастанием тока и коммутатора 11 тока, который подключен к выходу взрывомагнитного генератора 10 параллельно плазменной камере 2. Коммутатор 11 тока выполнен в виде размыкателя тока. Медленное нарастание напряжения в кольцевом зазоре на начальной стадии работы генератора 10 позволяет предотвратить преждевременный пробой газа и тем самым сформировать начальное магнитное поле в камере 6 торможения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки

Заявка

4391340/25, 14.03.1988

Веселов В. Н, Демидов В. А, Корчагин В. П, Ларцев М. В, Павловский Е. С

МПК / Метки

МПК: G21B 1/00

Метки: высокотемпературной, плазмы

Опубликовано: 09.08.1995

Код ссылки

<a href="http://patents.su/0-1616386-ustrojjstvo-dlya-polucheniya-vysokotemperaturnojj-plazmy.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для получения высокотемпературной плазмы</a>

Похожие патенты