Плазменный инжектор

НЮ техн Йъй Яе т с-, д Е И С Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик,307742 ЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнитель к авт. свид-ву) Заявлено 280769 21) 1353015/26-25(9 1276935/26-25)2 И 13 2, Бюллетень йо 4 3ания описания 19, 01. 83 с присоединением з осударственныЙ коСССРоо мелам нзобретн открытия ктет 3) Приоритет ОпубликованоДата опубликов 53 УДК 533. 9,.07(088, 7 г) Авторыизобретения Комельков И. Иодзолевски 71) Заявитель 4) ПЛЛЗКЕННЫЙ ИНЖЕКТОР Известны импульсные плазменные инжекторы, в которых наиболее часто используется электродная система в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических электродов. Внутренний и наружный электроды имеют одинаковую длину на всем пути ускорения от отверстий напуска газа, т.е. места начального пробЬя, до выхода в плазмовод, Обычно диаметр внутреннего электрода Равен 2-5 см, наружного 5-10, см, длина 6-60 см. После импулвсного напуска газа в межэлектродное пространство, предварительно откачениое до глубокого вакуума, и подачи напряжения на электроды происходит пробой первоначально в виде нескольКих каналов. Образующийся токовый слой с канальной структурой при соблюдении некоторых условий, а именно величины и профилей давления рабочеГО газа В межэлеКтрОдном пространстве, величины и скорости на растания разрядного тока, переходит в сплошной, т.е. с однородным расИзобретение относится к устройст вам для получения и инжекции плаваю именуемм обычно плазменными инжекторами или плазменными пушками . пределением тока в скин-слое. Приэтбм резко улучшаются условия ионизации, захвата и ускорения плазмы.При движении токового слоя вдольэлектродов плазма загрязняется примесями, появляющимися в результатеиспарения электродов из-за привязокотносительно неподвижных каналов сВысокой плотностью тока. Поэтомупопытки повышения разрядных токов иускорякщих магнитных полей в такихконструкциях не дали положительныхрезультатов и привели лишь к увеличению эрозии электродов.5Цель изобретения - разработка электродной системы инжектора, котораяпозволила бы существенно увеличитьускоряющие магнитные поля до величин, 2 О определяемых прЕдельно допустимыЪе деформациями материала электродов, например, 500 кЭ - для лату,ни и 1000 кЭ в .для"тантала 1 исключить центральный электрод из областиускорения и тем самым избавитьсяот примесей, поступающих в плазмув результате его эрозии; работать придавлениях рабочего газа в межзлектродном пространстве перед пробоемпорядка атмосферного и выше стабилвно формировать сплошной токовыйпоршень за времена порядка 0,1 частипериода тока в Контуре.Предлагаемый инжектор отличаетсятем, что внешний электрод выполненв виде конуса, переходящего в цилиндр,а внутренний - в виде стержня, расположенного на его оси только в пределах конуса, размеры межзлектродного зазора вблизи торца внутреннегоэлектрода обеспечивают плотность тока в зазоре не меньше 10 А/см при 10амплитудах тока в сотни килоамперовкА, а длина; цилиндрической частивнешнего электрода - не меньше расстояния, на которое токовый слой смещается к моменту образования сплошного токового поршня, и не большерасстояния, на которое он смещаетсяк моменту достижения магнитным полем величины .200-300 кЭ у внешнегоэлектрода,С целью устранения металла из зоны наивысших плотностей тока стержнев й электрод целесообразно выполнять полымДиаметр основания конической части внешнего электрода гарантируетэлектрическую прочность по изоляциии пробой у торца стержневого электрода высота конической части выбранаминимальной для уменьшения паразитной индуктивности и в то же время Зодостаточной для предотвращения эрозии изоляции при наличии излученияи ударных волн, приходящих из разрядйой зоны.В инжекторах, известных как пушки З 5Маршалла, полезно используемое количество рабочего газа не пренышает50.10 г, применяемый ток не выше100-150 кА и максимальные магнитныеполя у внешнего электрода порядка 4 О10 кЭ.Инжектор же предлагаемой конструкции с внутренним электродом диаметром 4 мм, цилиндрической частью диа-метром и длиной соответственно 12 45и 50 мм позволяет разогнать массурабочего газа б,510г до скорости3 106 см/с при амплитудном значениитока 600 кА и среднем значении ускоряющего магнитного поля 400 кЭ завремя 3 мкс при периоде тока в контуре 12 мкс.На чертеже изображена электродная схема инжектора,Внешний электрод 1 выполнен в Виде конуса, переходящего в цилиндр. В пределах конической части на оси расположен стержневой внутренний электрод 2, торец которого в цилиндрическую часть не заходит. В стерж не имеется цилиндрический канал, куда давлением магнитного поля выбрасывается металл иэ зоны наивысшей плотности тока у торца ннутреннего электрода. В принципе канал может .65 быть сквозным; однако следует иметь в виду, что чем он длиннее, тем больше паразитная индуктивность электродной системы.Коническая часть, являющаяся токо- проводом, одновременно служит для отдаления от изоляции места начального пробоя с целью предотвращения испарения изоляции и загрязнения ею разрядной плазмы. Однако ее не следует делать чрезмерно большой иэ-за нарастания паразитной индуктивности цепи.Цилиндрическая часть, находящаяся,в области Формирования сплошного токового поршня, предотвращает боковое расширение тока и повышение плотности тока во фронте. Она позволяет сформировать токовый слой с плотностью тока порядка 10 А/см2 прн которой плазменный поршень становится сплошным, что обеспечивает наиболее полный захват газа. Длина ее поэтому не может быть меньшей той, при которой обеспечивается требуемая сплошность фронта плазмы. С другой стороны, она не может бить чрезмерно большой из-за ухода горячих частиц на внешний электрод и образование в тылу так называемых привязок " шунтирующих перемычек, замыкающих на себя часть тока за счет уменьшения тока во фронте. Этот нежелательный эффект, как показал экс. перимент, снижается в полях 200- 300 кЭ. Поэтому для устойчивого движения струи необходимо, чтобы ее выход за пределы сопла при ускорении токами ныноса происходил, при полях не ниже указанной величины.Место перехода конической части в цилиндрическую задает область начального пробоя при давлениях рабочего газа в межэлектродном пространстве выше 100 Торр.Зазор между торцом внутреннего электрода и внешним электродом должен обеспечивать плотность тока в зазоре не меньше 10А/см з при амплитудах тока в сотни килоаипер для образования сплошного токоного поршня.После подачи напряжения на электроды и пробоя ток протекает в нескольких каналах. По мере роста тока число каналов увеличивается, пока токовый фронт не станет сплошным, В сравнении с пушкой Маршалла в сильных ускоряющих магНитных полях скорость токовых привязок растет и эрозия внешнего электрода уменьшается. Будучи плазменным продолжением стержневого электрода, токбвый шнур, сжимаемый магнитным полем НУ, может быть меньше металлических электродов,. плотность тока в которых ограничена пределом, при котором взры3 Ог 742 формула изобретения филиал ПППг.ужгород, уппп,патента зак. атент", ,Проектная3вается скйн-слой материала. Крометого, размецение электрода в зоневысоких плотностей тока привело бык его эрозии и загрязнению ускоряемой плазмы,После выхода токового слоя за5пределы электродной систеьи разрядный ток продолжает увеличиваться.Ускорение теперЬ осуществляетсявынесенным током." Образуется струя 3,имеющая коаксиальную структуру 1наружный плазменный коаксиал 4 ивнутренний токовый шнур 5. Времяускорения определяется длительностьюпротекания тока во фронте струи.Описанное устройство обеспечивает 15получение принципиально нового положительного эффекта в сравнении с ранее известными импульсными инжекторами, а именно - формирование струи,а не сгустка и ускорение ее выне Осенными токами вне электродов в течение времени, определяемого длительностью протекания тока во фронтеструи.1. Плазменный инжектор, содержащий внешний и внутренний коаксиально расположенные электроды, и сред- ЗО ства подвода к ним импульсных электрических токов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения энерговклада в ускоряемую плазму,внешний электрод выполнен в .видеконуса, переходящего в цилиндр, авнутренний в виде стержня, расположенного в пределах конусной частивнешнего электрода.2. Инжектор, по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповьааения эффективности захвата ускоряемого газа, внутренний диаметрцилиндрической части внешнего электрода выбран так, что средняя плотность тока в ней не ниже критической, обеспечивающей переход канальной структуры токового поршня в сплоы.ную, например,10 ф А/см ", для давления рабочего тела 1 атм.3. Инжектор по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения эффективности ускоренияплазмы, длина цилиндрической частивнешнего электрода выбрана так, чтовремя продвижения плазменной струивнутри нее находится в пределах от0,4 до 0,8 времени нарастания импульса, тока,4Инжектор по пп.1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения эрозии внутреннего стержневого электрода, он выполнен полым,причем диаметр отверстия выбран так,что средняя плотность тока в немменьше критической, приводящей квзрыву скин-слоя. ВНИИПИ Эаказ 11188/ Тираж 862 Подписное