Способ получения плазмы

Способ получения плазмы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>434890

Ф

Ф (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 150672 (21) 1796757/26-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150680 Бюллетень Мо 22

Дата опубликования описания 1806.80 (51)М. Кл.

Н 05 Н 1/16

Государственный комитет

СССР

Ilo делам изобретений и открытий (53) УДК 533. 9. 03 (088.8) (72) Автор изобретения

О.А. Лаврентьев (71) Заявитель (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 ионизации 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 электронион ° Ион затягивается потенциальной ямой, объемного заряда электронов, а медленный электрон ионизации совершает колебания в области магнитной щели между отрицательно заряженным запирающим электродом и отрицательным объемным зарядом в ловушке. Этот электрон должен быть выведен из ловушки и заменен быстрым электроном внеш- 30 ней инжекции. Это необходимо для наI грева 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 р 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 магнитной

434890 щели, а быстрые электроны за время пролета магнитной щели получили смешение значительно меньше ларморовского электронного радиуса. Этому условию удовлетворяет величина электрического поля Е, выбранная в соотноьюния ю

10 НМ < Е g 2 Ов/L где Š— напряженность электрического поля, В/см, Н вЂ” магнитное поле в магнитной О щели, Гс, U — потенциал ускорения электронов, В;

à — полуширина магнитной щели, см, — время образования плазмы, с, — глубина магнитной щели, см.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В электромагнитную ловушку напускают рабочий газ и одновременно че- О рез одну из магнитных щелей ловушки инжектируют поток высокоэнергетичных электронов. Электроны накапливаются между магнитными поверхностями встречно включенных соленоидов и отрицательно заряженными электродами ловушки, препятствующими уходу электронов из ловушки через магнитные щели. В результате ионизации рабочего газа образуются ионы и медленные электроны ионизации. Ионы затягиваются в потенциальную яму объемного заряда электронов, образуя плазму. Медленные электроны ионизации совершают колебания в магнитных щелях между 35 отрицательно заряженными электродами и отрицательным объемным зарядом, Если в области магнитных щелей наложить постоянное электрическое оле Е, направленное вдоль магнитной щели и перпендикулярное к вектору магнитного поля Н ловушки, то происходит дрейф электронов в срещенных электрическом и магнитном полях в направлении стенок магнитной щели со скоростью > = сЕ /H. Если полуширина магнитной щели с, то с характерным временем с/v< = I, Н/сЕ медленные электроны будут теряться на стенках магнитной щели. Для эффективного их удаления из ловушки это характерное время должно быть значительно меньше времени образования плазмы, откуда величина электрического, поля

Е )) Р Н/с

Быстрые электроны пролетают магнитную щель за время t = L/v0, где L — глубина магнитной щели, и — скорость электрона. е

За время пролета они получают смещение в направлении стенки магнитной щели в результате дрейфа в скрещен- 6О ных электрическом и магнитном полях

d = и t = СЕ1-/ие Н

Если это смещение много меньше ларморовского радиуса электрона в магнитной щели, r„ = п>си /1Н,то элект 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 «20,/ где U =mUe /2 — потенциал ускорения электронов.

Объединяя оба указанных выше ограничения, получают область, в которой должна лежать напряженность накладываемого электрического поля сН/ct (< Е C (ZU /L или в практической системе единиц

10 ЕН/ i CC Е (< 2Up/L

Пример

Н, Гс 40

"е 40 см 1

Е, см 0,1 с, с 10 "

0,4 ((Е ((8 10

На фиг. 1 схематически изображено устройство, позволяющее реализовать предлагаемый способ, продольный разрез, на фиг. 2 — пластины, создающие электрическое поле в области магнитных щелей, вид с торца.

В вакуумную камеру 1 помещены встречно включенные соленоиды 2, создающие магнитное поле остроугольной геометрии с магнитными поверхностями

3 в виде гиперболоидов вращения. В область накопления электронов вводится рабочий газ через систему 4 подачи. Магнитные щели закрыты отрицательно заряженными электродами 5, препятствующими уходу электронов из ловушки. Вторичная электронная эмиссия подавляется с помощью электродов б, имеющих более высокий отрицательный потенциал, чем на электродах 5.

В ловушку с катода 7 инжектируется поток электронов, которые накапливаются между магнитными поверхностями и отрицательно заряженными электродами, образуя потенциальную яму объемного заряда электронов. В результате ионизации введенного газа электронами образуются ионы и медленные электроны.

Ионы затягиваются потенциальной ямой, образуя в центре ловушки плазму. Медленные электроны ионизации совершают колебания в области магнитных щелей между отрицательно заряженными электродами и отрицательным объемным зарядом.

Наложенное в области магнитных щелей электрическое поле создается пластинами 8 и 9, причем на пластины 8 прикладывается разность потенциалов порядка нескольких десятков вольт, а на каждую пару пластин 9 с целью создания электрического поля вдоль кольцевой магнитной щели подаются потенциалы, например, в следующей по434890

Формула изобретения

Фвч. У деиючна

Составитель О. Лаврентьев

Редактор .Е. Месропова Техред М. Петко Корректор В. Синицкая

Тираж 885 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5

Заказ 4282/53

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 следовательности, B: 0,5; 10; 15; 20,"

15; 10; 5, 0 и т.д. В результате дрейфа в скрещенных электрическом и магнитном полях медленные электроны ионизации эффективно удаляются из области магнитных щелей. На быстрые про- 5 летные электроны действие этих полей пренебрежимо мало.

Способ получения плазмы путем ионизации рабочего газа электронным пучком в ловушке со встречными магнитными полями, отличающийся тем, что, с целью повышения энергии электронов плазмы, вдоль магнитных щелей ловушки накладывают постоянное азимутальное электрическое поле такой величины, чтобы выполнялось соотношение

10 ЕН CCC E (C 2U

Н вЂ” напряженность магнитного поля в магнитной щели, Гс, U — потенциал ускорения электронов, В; — полуширина магнитной щели,см, L — глубина магнитной щели, см, ф — время образования плазмы, с.