Способ получения бестоковой плазмы

11Изобретение относится к высокочастотным способам получения плазмыи может быть использовано в плазменных установках типа стелларатор,а также на начальной стадии разрядав установках токамак,Известен способ получения бестоковой плазмы по авт.св, В 890954,заключающийся в том, что в предварительно вакуумированную рабочую камеру первоначально импульсный напуск нейтрального газа производятдо давления 2 10 - 5.10 торр,затем возбуждают ВЧ-поле в течениевремейи большего, чем время удерх:ания энергии плазмы в камере и придостижении плазмой критической плотности, при которой возможно распространение электромагнитной волны вовсем. рабочем объеме камеры, производят дополнительный напуск нейтрального газа в вакуумную камеру. Газпроникает в плазму, ионизуется, чтоувеличивает плотность удерживаемойв плазменном устройстве плазмы.Однако при реализации способав плазменных установках, в которыхрадиус плазмы меньше в несколькораз радиальных размеров вакуумнойкамеры (как, например, в стеллараторе "Ураган 3, где это соотношениеравно Ч 0,05), для быстрого подъемаплотности плазмы эа счет дополнительного напуска рабочего газа необходимо ввести в камеру гораздобольшее число частиц чем то, которое"Ураган 3", как и в прототипе, давление газа внутри плазменного шнура10 мм рт.ст., необходимо в камеруобъемом 70 м напустить 710 частиц,21но лишь 4 10 из них могут быть ути-,лизованы плазменным объемом Ч =5=4 10 см. Одновременно с процессами ионизации будут проходить ипроцессы перезарядки, причем энергетические потери на перезарядку составляют примерно 60"70 от вводимоймощности для типичных плазменных параметров. Кроме этого импульсныйнапуск столь большого числа частици последующая импульсная откачка неионизованного газа (более 90 от напущенного) представляеР серьезнуютехническую проблему.Целью изобретения является снижение энергетических затрат на создание плотной плазмы.02473 2Эта цель достигается тем, чтов известном способе получения. бестоковой плазмы, заключающемся в том,что в предварительно вакуумированную рабочую камеру первоначально импульсный напуск нейтрального газа производят до давления 210 - 5 хк 10 торр, затем возбуждают ВЧ-поле 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в течение времени большего, чем время удержания энергии плазмы в камере, и при достижении плазмой критической плотности,.при которой возможно распространение электромагнитной вол. ны во всем рабочем объеме камеры, производят дополнительный напуск нейтрального газа в твердом состоянии в виде таблеток путем инжекции их в область удержания плазмы.На чертеже дан график, поясняющий предлагаемый способ.По вертикальной оси графика отложены плотность нейтральных частиц 11в области удержания плазмы (соответствует, сплошной линии на графике)и плотность плазмы и (соответствуетпунктирной линии). Текущее время 1отложено по горизонтальной оси графика, В течение времени от момента 0до 1 происходит первичный напускнейтрального газа до давления оптимального для электрического пробоя(2 10 -510 торр),В момент 1 включают ВЧ-поле,. поддействием которого ионизуется гази создается плазма. В 12, когда плотность плазмы возрастет до величиныкритической 10 -5 102 см(т,е.,когда в плазме эффективно распространяются и термализуются.электромагнитные волны, что улучшает ввод ВЧ-мощности в плазму большой плотности)производят инжекцию твердотопливныхтаблеток. Двигаясь в плазме, твердоетопливо испаряется и нейтральныйгаз ионизуется электронами плазмы,Плотность плазмы за период от 12до 1, возрастает до величины 5 ф 10а10 в зависимости от вводимойв плазму мощности и количества твердого топлива, а давление газа, окружающего плазму, остается при этомпрактически неизменным.В конкретном примере осуществления способа дополнительный ввод топлива в плазму можно осуществлятьс помощью любых иэ известных инжекторов, обеспечивающих скорость движе.ния таблетки 10-10"см/с, Для создания плазмы плотностью И 10 см а-с Составитель С.Хлебников Редактор Горькова Техред О.Неце Иорректор Л.ПатайЗаказ 8138/4 Тираж 793 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 3необходим примерномм твердого топлива. С целью обеспечения равномерного ввода топлива инжекцию таблеток производят одним или несколькими инжекторами равномерно расположенными вдоль оси плазменного шнура. Инжекторы располагаются вне вакуумной камеры н соединяются вакуумопроводами с установкой. Для полного испарения таблеток их инжектируют под острым углом к оси плазменного образования. В результате испарения твердого топлива средняя по объему плотность рабочего газа эквивалентна 10 см а плотность газа, окружающего плазму, по-прежнему соответствует первоначально выбранному давлению (оптимальному для электрического пробоя) и составляет и" =10 "510 см Полная ионизациярабочего газа испа" рившейся таблетки в объеме плазмы приведет к росту концентрации плазмы до заданной величины 5 10 - 10 см. В дальнейшем установитсяй "3квазистационарное состояние плазмы, характеризующееся при указанной плотности определенной температурой частиц Т; . Энергозатраты на ионизацию газа и компенсацию потерь на переза" рядку при подъеме плотности И до заданной заранее величины м 10 см , за время жизни частицпри температуре ионов Т = 102 эВ составляют идЧд 5(1-1) нЬ/ иЧу+ 1 ,и 220,Цж 102473 4где Ч,=4 10 - объем плазмы в стел.лараторе "Ураган 3";33 эВ - энергетические затраты на ионизацию5 атома;41Ид .=10, см - плотность газа,окружающего плазму;ЮЧд=1,5"10 см/с в .тепловая скоростьатомов, газа,О5=4 Да - площадь поверхности плазмы,(К =100 см, й =13 см);СбРЧд Овероятностьб Чеиана 6;ЧРпеР ионизации5атома, входящегов плазму,=.10с.кВ пРототипе ид доводится с помощью импульсного заполнения камерыгазом до величины10 д см , чтобудет эквивалентно энергетическимзатратам. 2200 Дж.В изобретении по сравнению с прототипом нет необходимости в импульсном напуске большого объема газа.После создания плазмы высокой плотности в случае прототипа газ, окружающий плазму, должен быть импульснооткачен, иначе это приведет к интенсивному охлаждению плазмы, Однакоимпульсная откачка (за времена10 ф -510с) столь большого объемагаза представляется трудно достижи 35 мой технической задачей, так какпри этом необходима скорость откачки 310 л/с. При реализации изобретения этих трудностей не возникает.