Способ получения плазмы

Союз Советскнк Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 434890(22) Заявлено 150672 (21) 1796757/26-25 (51) М. Кл.2 Н 05 Н 1/16 с присоединением заявки йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ Изобретение относится к физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза. Оно может быть использовано для получения плазмы в 5 ловушке с комбинированными электричес- кими и магнитными полями (электромагнитная ловушка),Известен способ получения плазмы в электромагнитной ловушке путем ио низации рабочего газа электронами в объеме удержания. По этому способу в область между магнитными новерхностями встречно-включенных соленоидов и отрицательно заряженными электродами, препятствующими выходу электронов через магнитные щели, инжектируют поток электронов и одновременно в эту же область направляют рабочий газ. В результате ионизации из каждой молекулы газа образуется пара электронионИон затягивается потенциальной ямой, объемного заряда электронов, а медленный электрон ионизации совершает колебания в области магнитной ще ли между отрицательно заряженным запирающим электродом и отрицательным объемным зарядом в ловушке. Этот электрон должен быть выведен из ловушки и заменен быстрым электроном внешней инжекции, Это необходимо для нагрева образующейся в ловушке плазмы путем обогащения электронной компоненты быстрыми частицами.Вывод медленных электронов по известному способу осуществляется путем диффузии через магнитное поле. Для сильных магнитных полей скорость диффузии мала, и либо скорость образования плазмы должна быть ограничена, либо в ловушке вблизи магнитных щелей будут накапливаться медленные электроны, препятствующие дальнейшему образованию плазмы и ее нагреву в центральной области.Цель изобретения - повышение энергии электронов плазмы за счет эффективного удаления медленных электронов ионизации.Цель достигается тем, что при получении плазмы по предлагаемому способу вдоль магнитных щелей ловушки накладывают постоянное азимутальное электрическое поле такой величины, чтобы медленные электроны ионизации, дрейфуя в области магнитных щелей в скрещенных электрическом и магнитном полях, успели за время образования плазмы достигнуть стенки магнитнойщели, а быстрые электроны за времяпролета магнитной щели получили смещение значительно меньше ларморовского электронного радиуса. Этому условию удовлетворяет величина электрического поля Е, выбранная в соотноьюнияФ10 РНМ Е2 Ое/Егде Е - напряженность электрическогополя, В/см;Н - магнитное поле в магнитной Ощели, Гс,Ое- потенциал ускорения электронов, В;Г - полуширина магнитной щели,см,Ф - время образования плазмы, с,- глубина магнитной щели, см.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.В электромагнитную ловушку напускают рабочий газ и одновременно через одну из магнитных щелей ловушкиинжектируют поток высокоэнергетичныхэлектронов. Электроны накапливаютсямежду магнитными поверхностямивстречно включенных соленоидов и отрицательно заряженными электродамиловушки, препятствующими уходу электронов из ловушки через магнитные щели. В результате ионизации рабочегогаза образуются ионы и медленныеэлектроны ионизации, Ионы затягиваются в потенциальную яму объемного заряда электронов, обоазуя плазму, Медленные электроны ионизации совершаютколебания в магнитных щелях между 35отрицательно заряженными электродамии отрицательным объемным зарядом,Если в области магнитных щелей наложить постоянное электрическоеоле Е,направленное вдоль магнитной щели иперпендикулярное к вектору магнитного поля Н ловушки, то происходитдрейф электронов в срещенных электрическом и магнитном полях в направлении стенок магнитной щели со скоростью ч = сЕ/Н. Если полуширина 45магнитной щели с, то с характернымвременем 1/ч = Н/сЕ медленныеэлектроны будут теряться на стенкахмагнитной щели. Для эФФективного ихудаления из ловушки это характерноевремя должно быть значительно меньшевремени образования плазмы, откудавеличина электрического, поляЕ0 Н/сБыстрые электроны пролетают магнитную щель за время= Е/че,где 1. - глубина магнитной щели,ч - скорость электрона.еЗа время пролета они получают смещение в направлении стенки магнитнойщели в результате дрейфа в скрещен Оных электрическом и магнитном поляхЫ = ч= сЕ 1/ч НЕсли это смещение много меньшеларморовского радиуса электрона вмагнитной щели, г = псч /1 Н,то элект 65 Рон, попадая после пролета щели в неадиабатическую область нулевого магнитного поля (между магнитными поверхностями), "забывает" полученное возмущение и не теряется иэ ловушки.Отсюда можно найти ограничение на величину электрического поля сверху:Е ( гОегде Ое =пОе /ге в потенци ускоренияэлектронов.Объединяя оба указанных выше ограничения, получают область, в которойдолжна лежать напряженность накладываемого электрического поляН/сЙ ( Е С ( 2 Ое/Еили в практической системе единиц10 Кн/фсе (с 2 Ое /еПримерН, Гс 40Ое фкВ 40см 1е, 0,1с, с 10 "О" (СЕ 8 10На фиг. 1 схематически изображеноустройство, позволяющее реализоватьпредлагаемый способ, продольный разрез, на фиг, 2 - пластины, создающиеэлектрическое поле в области магнитных щелей, вид с торца.В вакуумную камеру 1 помещены встречно включенные соленоиды 2, создающие магнитное поле остроугольнойгеометрии с магнитными поверхностями3 в виде гиперболоидов вращения, Вобласть накопления электронов вводится рабочий газ через систему 4 подачи. Магнитные щели закрыты отрицательно заряженными электродами 5,препятствующими уходу электронов изловушки. Вторичная электронная эмиссия подавляется с помощью электродовб, имеющих более высокий отрицательный потенциал, чем на электродах 5.В ловушку с катода 7 инжектируетсяпоток электронов, которые накапливаются между магнитными поверхностямии отрицательно заряженными электродами, образуя потенциальную яму объемного заряда электронов, В результатеионизации введенного газа электронамиобразуются ионы и медленные электроны.Ионы затягиваются потенциальной ямой,образуя в центре ловушки плазму. Медленные электроны ионизации совершаютколебания в области магнитных щелеймежду отрицательно заряженными электродами и отрицательным объемным зарядом,Наложенное в области магнитных щелей электрическое поле создается пластинами 8 и 9, причем на пластины 8прикладывается разность потенциаловпорядка нескольких десятков вольт,а на каждую пару пластин 9 с цельюсоздания электрического поля вдолькольцевой магнитной щели подаются потенциалы, например, в следующей по434890 формула изобретения 10 демчука Составитель О.Техред М, Петк Редакто Мес в Заказ 4282/5 Тираж 885 ЦНИИПИ Госуда по делам из 13035, Москва, Подписнтвенного комитета СССретений и открытий-35, Раушская наб., д иал ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 следовательности, В: 0,5; 10; 15; 20,"15; 10; 5, 0 и т.д. В результатедрейфа в скрещенных электрическом имагнитном полях медленные электроныионизации эффективно удаляются из области магнитных щелей. На быстрые пролетные электроны действие этих полейпренебрежимо мало. Способ получения плазмы путем ионизации рабочего газа электронным пучком в ловушке со встречными магнитными полями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения энергии электронов плазмы, вдоль маг" нитных щелей ловушки накладывают постоянное азимутальное электрическое поле такой величины, чтобы выполнялось соотношение0РН/ Е20 1. где Е - напряженность электрическогополя, В/см 7Н - напряженность магнитного поля в магнитной щели, Гс,О - потенциал ускорения электронов, В;- полуширина магнитной щели,смфЕ - глубина магнитной щели, смф- время образования плазмы, с. врентьев Корректор В. Синиц