Способ генерирования электрических колебаний

(21) 33 (22) 04 (46) 30 (72) О. В.И. Ва (71) Иис АН СССР (53). 62 5 1 8954 Г 1811.8101.84. ЯюлСинкевов и В.Мтитут вы У 4.В.т. ЧуКороткийких темпе в УР 373.423(088.8) мпы с холод- М фрнергия",ГазораэйС(прототип),У УДАРСВЕННЫЙ КОМИТ(;Т СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧЯРЫТИ 1.373.43;621.(54)(57) СПОСОБ ГЕНЮРИРОВЛНИЯ ЭЛЕКт РИЧЕСЗИХ ЮЛЕБАНИЯ, основанный на пропускаиии постояйного электрического тока через среду инертного гасЮ Н 03 В 29 00 Н 0 за, к которой приложено постоянноемагнитное поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияудельной мощности генерируемых низкочастотных колебаний, в среду инертного газа вводят иойизируюзрю присадку щелочного. металла, создают давление 0,3-10 ата в среде инертного газа, устанавливают в соответствии скалибровочной кривой величину плотности. постоянного электрического тока, обеспечивающую отношение междутемпературой электронов и тяжелыхчастиц в диапазоне 2-10, а величинупостоянного магнитного поля устанавливают соответствующей закритическому значению параметра Холла дляионизационной неустойчивости в ис;пользуемой среде инертного газа.Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу генерирования электрических колебаний вдиапазоне частот от единиц Гц додесятков кГц с удельной мощностьюдо 100 Вт/см, и может быть использовано в промыапенных преобразователях тока, в генераторах низкочас".тотных периодических колебаний ишумов.Известен способ генерирования.электрических релаксационных колебаний, заключающийся в пропусканиипостоянного электрического тока через среду инертного газа под давлением 1-100 мч рт. ст. и Формировании в ней с помощью конденсаторанапряжений зажигания и гашения тлеющего разряда 113.Период релаксациониых колебанийпри этом зависит от параметров конденсатора и нагрузки, времени вос Остановления изоляционных свойствиспользуемой газовой среды, ее сопротивления в режиме разряда и т.п.,Недостатком данного способа яв-ляется сравнительно низкая удельная мощность генерируемв электрических колебаний, которая ограничена предельной величиной плотностипостоянного электрического токапорядка десятков мА/амф, характер- ЗОной для среды инертного газа ука"занной плотности.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ генерирования электрических колебаний, основанный на 35пропусканнн постоянного электрического тока через среду инертного газа, к которой приложено постоянноемагнитное попе 2 3.Прн этом в рабочей среде создают 4 рдавление в диапазоне 0,1-10 мм рт.ст,и прикладывают постоянное магнитноеполе порядка 0,2-1 Тл. В этих условиях при пропускании постоянногоэлектрического тока плотностью несколько десятков мА/смв среде инертного газа возникают непериодическиеэлектрические колебания в диапазонечастот 0,1-10 ИРц.Однако в известном способе удельная мощность генерируеьзих электрических колебаний в рабочем диапазоне частот не превьюиет 10 Вт/смз,что связано с низкими значениямидостигаемой плотности постоянногоэлектрического тока в разряде дляиспользуемой газовой среды (10100 мл/см),Цель изобретения - повышениеудельной мощности генерируемыхнизкочастотных колебаний (в диапазо- Юне частот от единиц Гц до десятков кГц).Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу генерированйя электричесиих колебаний, ос нованном на пропускании постоянногоэлектрического тока через средуинертного газа, к которой приложено постоянное магнитное поле, в среду инертного газа вводят ионизирующую присадку щелочного металла,создают давление 0,3-10 ата в средеинертного газа, устанавливают в,соответствии с калибровочной кривойвеличину плотности постоянного электрического тока, обеспечивающую отношение между температурой. электронови тяжелых частиц в диапазоне 2-10,а величину постоянного магнитногополя устанавливают соответствующейзакритическому значению параметреХолла для ионизационной неустойчивости в используемой среде инертного газа.Способ осуществляют следующимобразом.При давлении газовой среды менее 0,3 ата длина свободного пробега заряженных частиц увеличиваетсянастолько, что критическое значениепараметра Холла в указанных условиях возрастает до 30-50. Это приводитк падению плотности постоянногоэлектрического тока и резкому уменьшению удельной мощности генерируьвх электрических колебаний,При увеличении давления инертногогаза больше 10 ата условия для развития волн ионизационной неустойчивости ухудшаются вследствие возрастания потерь на излучение плазмы,что также приводит к уменьшениюудельной мощности генерируемых к 6 лебанийВеличину плотности постоянноготока при этом устанавливают в соответствии с калибровочной кривой так,чтобы обеспечивалось указанное отношение температуры электронов и тяжелых частиц (ионов и молекул).Снижение плотности тока и соответствующее уменьшение указанного отношения меньше 2 приводит к тому, чтоплазма инертного газа со щелочнойприсадкой приближается к равновесной,и ликвидируются условия для развитияв ней ионизационной неустойчивости.Увеличение плотности тока и соответствующее увеличение указанного отношения сверх 10 не приводит к увеличению удельной мощности генерируемых электрических колебаний из-заполной ионизации присадки.Закритическое значение параметраХолла, обеспечивающее возникновениеионизационяой неустойчивости в используемой среде, находится в диапазоне 2-20, что значительно меньшетого же параметра для условий разряда в известном способе (порядка 50).При этом индукция магнитного поляв области разряда находится для указанных значений параметра Холла втехнически достижимом диапазоне0,5-5 Тл.Способ генерирования электрических колебаний осуществляит в следующей последовательности операций.Перед введением среды инертного 5газа в зону разряда в газ вводятв количестве 0,01-1 вес,Ъ ионизирующую присадку щелочного металла,Затем в газовой среде создают давление 0,3-10 ата и устанавливают в 10ней в соответствии с калибровочнойкривой величину плотности постоянного тока, обеспечиваищуи отношениемежду температурой электронов и тяжелых частиц в диапазоне 2-10, Одновременно в области прохождения токав газовой среде устанавливаит величину магнитного поля 0,5-5.Тл, соответствующую закритическому значениюпараметра Холла 2-20 по ионизациониой неустойчивости для газовой средыаСреду инертного газа (галийнеон, водород н т.п.) или их смесьсогласно предлагаемому способу мож-.но заранее ввести в зону разрядаили непрерывно прокачивать черезнее. При этом наличие в газе присадки щелочных металлов (цезий, калийи т.п.) в количестве 0,01-1 вес.Воблегчает условия иониэации газа, ЗОлонижая уровень рабочих напряженйй.В указанных условиях в неравновесной плазме в области прохожденияпостоянного тока из-за ионизационнойнеустойчивости образуются движущиеся 35слои различной концентрации электронов, являющиеся источником низкочастотных электрических колебаний.Направление, в котором формируится волны ионизационной неустойчивости, определяется вектором тока вплазме, а сами слои находятся в плоскости, перпендикулярной вектору магнитного поля.Частота и удельная мощность гене-. 45рируеьых электрических колебанийпри этом зависит от напряженностиэлектрического и магнитного полей,параметра неравновесности, давлениягаза и т.п. Варьируя эти условия,можно регулировать частоту колебанийв пределах от единиц Гц до десятковкГц и их удельнуи мощность в диапазоне от единиц до 100 Вт/смз и вьаае.По режиму протекания постоянногоэлектрического тока разряд, возбужда емый в неравновесной плазме инертно-.го газа с добавкой щелочного металла, может находиться как в контрагированном, так и неконтрагироваиномсостоянии. Поскольку максимальная 60плотность электрического тока дляуказанных условий может достигатьдесятков А/см, то предельная мощность устройства, в котором будетреализован предлагаемяй способ, со- Я ставит сотни кВт при объеме рабочейзоны порядка м.Величину пло=ности постоянного электрического тока ) для конкретных условий генерации электрйческих колебаний устанавливают в соответствии с калибровочной кривой, связывающей ее с параметром неравновесвости используемой среды, т.е. с отношением температуры электронов (Те) и тяжелых частиц (Та). Калибровочная кривая при этом рассчитывается по следующей формуле:е а,(, 3а. е и Зктаегде е - заряд электрона;и. - концентрация. электронов;щ - масса атома;И - постоянная Больцмана.По данной калибровочной кривой устанавливают такую плотность тока, которая соответствует отношению .тем ператур в диапазоне 2-10. При этом возникают условия для развития в используемой среде ионизационной неустойчивости и генерации низкочастотных электрических колебаний.П р И м е р. В качестве рабочей среды используется аргоу с мольной присадкой цезия 1 К 4-10 при давлении газа 1 ата, равном атмосферному давлению. Для данной среды возможна генерация низкочастотных колебаний при параметре неравновесностн, равном 3 (отношение температуры элект- . ронов 3000 К и тяжелых частиц 1000 К). Чтобы обеспечить данный параметр неравновесности с помощьи калибровочной кривой, рассчитанной для используемой рабочей среды, поддерживают постоянный электрический ток с плотностьи 5 А/см. При этом устанавливают закритическое значение параметра Холла, которое для указанных условий находится около 5Соответствующее значение индукции магнитного поля составляет до 2 Тл.В указанных условиях в используемой среде в направлении ЭДС Холла возникают волны концентрации электронов, являющиеся источником низкочастотных электрических колебаний с частотой около 10 кГц и удельной мощностью порядка 1 Вт/см с ампли 3 тудой выходного напряжения, составлюощей 0,5-0,8 от приложенного.На чертеже изображено предлагаемое устройство.Устройство содержит рабочуи Камеру 1, эаполненнуи плазмой на основе инертных газов с присадкой щелочных металлов при давлении 0,3-10 ата. Коаксиально камере 1 установлена катушка 2 индуктивности для создания в рабочем объеме камеры 1 продольного магнитного поля. Ортогонально и1070681 Составитель Н. Матвиенко Редактбр В. Жвалева Техред й.Метелка. КорректорИ. Демчик Ерввваевеееееевееееейеее ееевввеееееввеееевееввеееееввввееееевеееа Заказ 11761/52 Тираж 62 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 еееввееевееееееввввеввевеаввеаввеееввевеееевеЕееееевееевеееееевеевеее филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4напротив друг друга в камере 1 уста новлены катодные и анодные электроды 3 и 4, Катодные электроды 3 могут иметь нить 3 накала. цепь нагрузки содержит разделительный конденсатор б для фильтрации постоянного тока Холла, нагрузку 7 и раэмыкатель 8 Цепь питания генератора содеркит источник 9 постоянного тока и ключ 10. Цепь питания катушки 2 индуктивностн содержит. источник 11 постоянного тока.Преобразование постоянного тока, проходящего в.цепи питания генератора по плазме в объеме камеры 1, происходит следующнм образом. устанавливают с помоюьв,катувви 2 индуктив ности и источника 11 постоянного тока в камере 1 индукцию магнитного ,поля и плотность постоянного электрического тока в цепи питания генерато.,ра.от источника 9 постоянного тока, 2 О соответствующими закритическому знаМнив параметра Холла в диапазоне 3; 20; Ьдновременио поддерживает (на-. пример, путем подогрева плазмы в камере 1 извне, нитцше йакала 5 илииным способом) отношениемежду температурой электронов и тяжелых частицв плазме в диапазоне 2-10. Возникающие в плазме иониэациенные неустойчивости приводят к формированию вцепи нагрузки 7 низкочастотных периодических или непериодических колебаний в диапазоне 1-10 кГц. Постоянная составляемая электрического токаХолла отфильтровывается. разделительным конденсатором б в цепи нагрузки 7.. Таким образом, дпя целей инверти- рования постоянного тока в переменный,.а также для генерирования низкочастотных цериодических или непериодических колебаний использование предлагаемого способа позволяет уп- ростить известные способы и повысить удельнув мощность генерируемых низкочастотных электрических колебаний с единиц до сотен Вт/см 3.