Способ получения бестоковой плазмы

0 П И С А Н И Е 1 ц 890954ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикао делам изобретении и открытий(45) Дата опубликован исания 15. И. Назароф,"икий 2) Авторы изобрстсни О, М. Швец, С. С. Калиничецк А. И. Лысойван и А. Г Заявите 4) СПОСОБ ПОЛУЕНИЯ БЕСТОКОВОЙ ПЛЛЗМ осле дос- произвоа. Благоать плотвне в теИзобретение относится к высокочастотным способам получения плазмы и может быть использовано в установках типа стелларатора, а также на начальной стадии разряда в установках токамак.В этих установках магнитопровод с первичной обмоткой охватывает тороидальную камеру, а вторичной одновитковой обмоткой является столб плазмы в камере.Известен способ получения плазмы в таких установках посредством электрического поля, возбуждаемого индукционным методом 11.Вначале в предварительно откачанную камеру производят напуск газа. После установления стационарного давления к первичной обмотке прикладывают импульсное напряжение, создающее электрическое поле вдоль тора, которое ионизирует нейтральный газ.В процессе развития разряда птижения стационарного режимадится дополнительный напуск газдаря этому удается поддерживность плазмы на постоянном урочение импульса.Тем не менее этот способ не решает проблемы получения бестоковой плазмы, которая необходима для, проведения исследований в установках типа стелларатора. Протекание тока в плазме установок этоготипа приводит к значительному изменениюконфигурации внешнего магнитного поля,вследствие чего уменьшается энергетиче 5 ское время жизни плазмы. Помимо этогоналичие тока, протекающего по плазме,создает условия для возникновения различных неустойчивостей, нарушающих процесс удержания плазмы в камере.10 Прототипом предлагаемого изобретенияявляется способ получения бестоковойплазмы на установке Вега 21. В этомслучае вначале производится импульсныйнапуск газа в предварительно вакуумцрованную рабочую камеру до давления, величина которого оптимальна для возникновения электрического пробоя в газе. В момент времени, когда это давление достигается, включается ВЧ - поле в течение времени, большее, чем время удержания энергии плазмы в камере, которое ионцзируетнейтральный газ,Недостатком такого способа является необходимость компромиссного выбора давления в камере. Давление оптимальное сточки зрения электрического пробоя будетнедостаточным для получения плазмы с высокой конечной плотностью, На установкеВега была достигнута плотность плазмы30 10" см-", но она достигалась за счет обиль 8)154О 5 " ЯО з 3 О 156) (Я 3ного потока примесных частиц со стенок камсры) коорые здГ 1)язц 55 ют плазму. 110 л"5 сцие плазмы с одновременным се цагревом приводит к тому, что на периферии плазмеццого столба имеется значительное количество частиц высокой энергии, )то увеличивает газовый обмен со стенкой, что и является причиной повышения концентрации посторонних примесей в плазме.Целью изобретения является повышение плотности плазмы и уменьшение концентрации нежелательных примесей.;.)Та цель достигается тем, что в известцом способе получения бестоковой плазмы, основанном ца импульсном напуске нейтрального газа в предварительно вакуумировацную рабочую камеру и возбуждении высокочастотного поля в камере в течение времени, большего времени удержания энергии плазмы в камере, первоначально цацуск нейтрального газа производят до давления 2 10-" - 5 10-" торр, затем возбу 5 кдают Вс 1 - поле и при достижении плазмой критической плотности, при которой возможно распространение электромагнитной волны во всем рабочем объеме камеры, производят дополнительный цапуск нейтрального газа.Экспериментально момент критической плотности (ее можно рассчитать по дисперсиоцным зависимостям для данного типа волны) определяется с помощью микроволнового ицтерферометра (в нашем случае использовался ицтерферометр Уортона с длиной волны 1=8 мм) и высокочастотного зонда, расположенного вдали от ацтеццы, регистрирующего начало распространения волны.Таким образом, способ предусматривает осуществлять напуск газа в два этапа. Это открывает возможность вначале установить оптимальное давление для осуществления электрического пробоя в газе, не заботясь о конечной плотности плазмы. После создания с критической плотностью и распространения в ней электромагнитной волцы осуществляют вторичный цапуск газа, что и обеспечивает достижение в плазме высокой конечной плотности.Дополнительное поступление газа в камеру в процессе разряда сникает количество высокоэнергетических частиц в прцстецочной области, взаимодействующих со стенкой камеры. Ь, результате этого полугается более чистая плазма.Способ поясняется временной диаграммой, представленной ца чертеже.11 о вертикальной оси диаграфмы отложены количество цейтральцых част"щ Л(соответствует сплошной линии) и плотность плазмы и. (соответствует пунктирной линии). По горизонтальной оси отложено текущее время 1. В течение времени от момепта 1 О до 1 происходит первичный напуск цсйтральцОГО Газа, Коли)ество цс)пускдемо. 4Го газа должно быть таким, чтобы ооъс. ме дгц)пой камеры рс)5 цзоа)5 крцтич- скую плотность 10" - 5 10 см - .В течение времени отдо , в камере происходит установление давления, оптимального для электрического пробоя. 1,огда оцо достигнет величины 2 10" - 5 10" торр, включают ВЧ - поле (момецт времени ), под действием которого иоцизируется газ и создается плазма. Когда плотность созданной плазмы возрастет до значения 10" - 5 10", что соответствует моменту времени 1 производят вторичный цапуск газа, причем напускают такое его количество, которое обеспечило бы создание расчетной конечной плотцости, В момсцт времени 1, прекращается подача газа, а в момент времени 1; выключается и ВЧ - поле. После распада плазмы и устацовлсцця исходного вакуума цикл повторяется,В конкретном цримерс осуществлен)гя предлагаемого способа использовалоа оз)уждающее устройство щелевого тица цд рабочей частоте 19,25 Мгц на установке с тороидальцой камерой. Газ цапускают имцульсцым клапаюм, расположенным ца расстоянии примерно 2 м от возбуждающеГо устройства. Способ осуществлялся в следующей последовательности.После достижения предварительного разряжения (10 - " торр) на время 100 мкс открывался газовый клапан, что на временной диаграмме соответствует времени 1 О -Прц этом напускалось количество газа, необходимое для создания первоначальной плотности 2 10" см в .В тсчецие примерно 3000 мкс после закрытия клапана (от момента 1 до 1) в объеме камеры происходит выравнивацие давления и, когда оцо в момент времени Ь достигало оптимального значения 3 10 торр, включался ВЧ-генератор. В момент времени 1, (примерно 100 - 150 мкс после 62), когда плотность созданцой плазмы достигала значения 2 10" ем вчто обеспечивало распространение электромагнитной волны во всем объеме камеры, вторично включался импульсный клапан. Втц)цый цацуск Газа Осуществ,555 лся Всчение 100 мкс, что соответствует моменту 1 - 1, ца временной диаграмме. Количество вторично цапускаемого газа обеспечивало коцечцую плотность а,=10" см - , которая оыла достип 5 ута примерно через б 00 мкс осле включения ВЧ-гецератора (послс момента 1).11 собходцмо отмстить, что цри црцмсцсиц предлагаемого способа цолуч 5)стс 5 бсстокГвдя плазма, це изменяющая коцфшур)ц)5)0 цсшцеГО мдГитцОГО пол 5), Таким ооразом повышается устойчивость плазмеццого ц)нура в течение времени удержа. ния энергии плазмы в камере. При этом достцЯРтс 5 Высокзя плотцость п 155)Ямы цри