Плазменный ускоритель

Плазменный ускоритель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А -Н--Й Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсиик

Социалмстмческик

Республик

670081

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено27.06. 77 (2I ) 25009 79/18-25 с присоединением заявки РЙ(23) Приоритет—

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 19.05.80 (5I ) М, Кл.

Н 05 Н 1/00

Гееударстеенный комитет

СССР до делам изобретений и открытий (53) УЙК 539.9. . 03 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. С. Комельков и B. И. Модзолевский

Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского (71) Заявитель (54) ПЛАЗМЕННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ

Изобретение относится к ус тройствам получения высокоскоростной плазмы, широко применяющимся в сильноточной высоковольтной плазменной технике при проектировании и эксплуатации устройств, обычно именуемых плазменными инжекторами, ускорителями или плазменными пушками.

Известен плазменный ускоритель, состоящий из источника энергии, инжектора

1О напуска рабочего газа и коаксиальных цилиндрических электродов.

Однако такое устройство имеет низкую достижимую скорость плазмы, ограниченную эрозией материала электродов, l5

Известен также плазменный ускоритель, состоящий из источника энергии, инжек à напуска рабочего газа, коаксиальных электродов: цен тр ального цилиндрического и профилированного, состоящего из конической токоподводящей и ускоряющей частей

Такое устройство также характеризуется низкой скоростью плазмы, что вызвано ситзаничением допустимого рабочего тока

2 через электроды (условие отсутствия эрозии) и допустимой длины зоны ускорения (условие отсутствия пробоя за сгустком плазмы).

Целью изобретения является увеличение скорости плазмы.

Поставленная цепь достигается тем, что предусмотрен, по крайней. мере, один дополнительный профилированный электрод, расположенный эьвидистантно профилированному электроду ускорителя со стороны его выходного отверстия, причем ускоряющие части всех профилированных электродов выполнены в виде конуса, ускоряющая коническая часть предыдуmего электрода частично охватывается ускоряющей частью последующего электрода, а источники энергии подсоединены к каждой последовательной паре электродов.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Ускоритель состоит из источника 1 энергии, инжектора 2 напуска рабочего газа, коаксиальных электродов: централь6 70081 ного цилиндрического 3 и профипированного 4, состоящего иэ конической токоподводящей части 5 и ускоряющей части 6.

Дополнительные профипированные электро ды 7 и 8 расположены эквидистантно

5 профипированному электроду 4 ускоритьпя со стороны его выходного отверстия.

Ускоряющие части 6 всех профилированных электродов выполнены в виде конуса, причем ускоряющая часть последующего элект- рода частично охватывает анапогичную часть предыдущего электрода. Каждан поспедоватепьная пара электродов подсоединена к источнику энергйи 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

После импульсного напуска рабочего газа инжектором 2 в ускоряющую область электрода 4 путем включения стартового разрядника 11 осуществляют разряд ем костного накопителя 1 на электроды 3, 4 первой ступени ускорения. Происходит ионизация нейтрального газа, с ростом тока образуется сплошная плазменная обопочка с током, аккумулирующая при движении по ускоряющему конусу 6 содержащийся в нем нейтральный газ. К моменту выхода плазменной оболочки на торец электрода 4 она представляет собой компактный плазменный слой плотной иониэи- З0 рованной ппазмы толщиной 1-3 см.

Из электрода 4 ускоряемая плазма попадает в ускоряющий конус электрода 7, и в этот момент включают стартовый разридник 12, подключая к электродам 4 35 и .7 емкостный накопитель 9. Начинается вторая ступень ускорения. Разрядный ток проходит по внешней поверхности электрода 4, ускоряемой плазме 13 и внутренней поверхности электрода 7. Пока он не- 40 велик, ускорение плазменного слоя происходит током, вынесенным вместе с плазмой за пределы электродов 3, 4. Напряжение и ток .эпектродов 4 и 7 регупируют в соответствии с выбранным режи- 4 мом работы по соотношению, выведенному из уравнении движении токового слоя в предположении равенства скоростей обо почки и поступающей в нее энергии

Я

Е2 т

—О. -=-O,И / —. +O,ЯЧО, ° о где 0 ) - мгновенные значения наприI женин и тока (В, А):

fO- масса ускоряемой плазмы (кг ) ° погонная индуктовность ка» нала ускорении (Г/м):

Д„ 7 - амплитуда и период копебаЯ ний разрядного тока (А, с):

- начальная скорость ускоряемой плазмы в межэлектродном пространстве.

Регулирование тока и напряжения разряда по предложенному соотношению позволяет эффективно использовать всю длину ускоритепьного конуса электрода 7, а также приводит к более высокому КПД испопьэованин энергии емкостного накопителя.

Аналогично вышеописанному вводят третью ступень ускорения, подключая к электродам 7-8 с помощью стартового разрядника 14 емкостный накопитель 10 и регупируи ток и напряжение разряда.

По мере увеличения скорости ускоряемого плазменного слоя требования к емкостным накопителям возрастают, главным образом существенно увеличивается рабочее наприжение и скорость нарастания тока.

Ниже приведен пример конкретного выполнении ускорительной ступени.

Если число частиц в ускоряемом плазменном слое 5 10, что имеет место

2Опри длине ускорительного конуса первой ступени 1 5 0 мм, его ср еднем диаметр е

30 мм и начальном давлении рабочего газа после импульсного напуска

100 мм. рт. ст., то дпя дейтерия ускоряемая масса %=1,67 ° 10 кг. Полагая $ =3,2 ° 10 Г/м, \, =2 10 мс, T=8 IO б с, найдем, интегрируя уравнение движения токового слоя, что дпи получения на выходе ступени скорости

5 10 мс1 следует иметь амплитуду тока 3 =1,3 10 А, а регулировать ток б и наприжение по приведенному соотношению так, чтобы собпюдапось неравенство

3,2 ° 10 + С 5,1 10

Это значит, что в конце ускорения наприжение на электродах должно быть

65 кВ, а длина ускоряющего конуса,определенная с помощью уравнения движе»ния,составляет 50 см.

Формула иэобр етении

Плазменный ускоритель, состоящий из источника энергии, инжектора напуска рабочего газа, коаксиапьных электродов . центрального цилиндрического и профилированного, состоящего из конической токоподводнщей и ускоряющей частей, о тпичающийся тем,что,с цепью увеличения скорости плазмы, предусмотрен по крайней мере олин дополнительный щнъфипированный электрод, расположенный

5 670081 6 эквидистантно профилированному электра- предыдущего электрода частично охватыду ускорителя со стороны его выходного вается ускоряющей частью последующего отверстия, причем ускоряющие части всех электрода, а источники энергии подсоедипрофилированных электродов выполнены в иены к каждой последовательной паре виде конуса, ускоряющая коническая часть g электродов.

Составитель Н. Ермохин

Редактор Е. Месропова Техред А, Шепанская Корректор С. Шекмар

Заказ 2184/61 Тираж 885 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4