Способ нагрева плазмы и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к физике высокотемпературной плазмы и направлено на создание стационарной высокотемпературной плотной полностью ионизированной плазмы. Для этого образование и нагрев стационарной плазмы осуществляется при пучково-плазменном взаимодействии при наличии электрического и неоднородного магнитного полей. Причем магнитное поле имеет пробочную конфигурацию, а радиальное электрическое поле создают в магнитных пробках, обеспечивая наличие скрещенности магнитного и электрического полей в вышеуказанных пробках. Изобретение позволяет реализовать эффективный нагрев плазмы. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к физике высокотемпературной плазмы и может быть использовано для создания источника быстрых нейтронов, а также источника мощного -излучения.

Известен способ нагрева в открытых ловушках (В.А. Чуянов. Адиабатические магнитные ловушки. Итоги науки и техники. Физика плазмы, т. 1, ч. 1, 1980, с. 119-162) с использованием различных методик нагрева, в частности инжекции пучков молекулярных ионов и быстрых нейтральных атомов.

Однако, хотя и были достигнуты определенные успехи в этих системах, наличие большого числа различных неустойчивостей (конусной, желобковой, ионноциклотронной и т.д.) не позволило практически реализовать эффективный стационарный нагрев плазмы с плотностью и ионной температурой, соответствующими реакторным требованиям.

Известен способ нагрева плазмы, образующейся в процессе ее образования в пучково-плазменном разряде в скрещенных радиальном электрическом и магнитном полях.

Известный способ реализуется за счет устройства, которое имеет цилиндрическую камеру с соосно установленными на ее торцевых стенках инжектором электронов и приемником электронного пучка, магнитную систему, систему напуска и прокачки рабочего вещества и источники электропитания инжектора электронов и радиального электрического поля (А.И. Бабицкий, А.А. Иванов, В.В. Северный и В.В. Шапкин. Пучково-плазменный разряд в скрещенных электрическом и магнитном полях, ДАН СССР, т.237, № 1, 1977, с. 68-70).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить существенного нагрева плазмы из-за низкой величины продольного магнитного поля, не препятствующей уходу плазмы в поперечном направлении (поперечные потери энергии), а также из-за отсутствия радиального электрического поля в области градиента магнитного поля, не препятствующего уходу плазмы в продольном направлении (продольные потери энергии).

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности и величины нагрева плазмы.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что нагрев плазмы, образующейся в пучково-плазменном разряде в скрещенных радиальном электрическом и магнитном полях, осуществляют при создании магнитного поля пробочной конфигурации, устанавливая его величину достаточной для выполнения условия <1, где =(neTe+niTi)/(H2/8), где nе, ni, Те, Тi - плотность и температура электронов и ионов плазмы соответственно, Н - величина магнитного поля, а радиальное электрическое поле создают в области торцов, помещенных в пробках магнитной системы.

Этот способ осуществляется за счет устройства новой конструкции, содержащего цилиндрическую камеру с соосно установленными на ее торцевых стенках инжектором и приемником электронного пучка, магнитную систему, систему напуска и прокачки рабочего вещества и источники электропитания инжектора электронов и радиального электрического поля. Магнитная система имеет пробочную конфигурацию, а диэлектрические торцевые стенки камеры расположены в пробках магнитной системы.

На чертеже изображено устройство, реализующее предложенный способ.

Устройство представляет собой цилиндрическую камеру 1 с диэлектрическими торцевыми стенками 2. Соосно с камерой установлен инжектор электронного пучка, состоящий из катода 3 и анода 4, а также охлаждаемый коллектор электронов 5. Магнитная система выполнена, например, в виде катушек 6. Система прокачки 7 представляет собой насос одного из известных типов. Устройство содержит источник питания электронного инжектора 8, включенный между катодом 3 и анодом 4, а также источник питания радиального электрического поля 9, включенный между цилиндрической стенкой камеры 1, анодом инжектора 4 и приемником пучка 5.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В объем камеры 1, помещенной в продольное магнитное поле пробочной конфигурации, создаваемое катушками 6, инжектируют по оси камеры стационарный электронный пучок. Через объем камеры с помощью системы напуска 7 пропускают рабочую смесь, которая при взаимодействии с электронным пучком переводится в полностью ионизованное состояние, а образующаяся плазма нагревается за счет сильной диссипации энергии электронного пучка вследствие развития пучковой неустойчивости. Между цилиндрической стенкой камеры 1, а также анодом 4 и приемником пучка 5 прикладывают разность потенциалов от источника 9. Так как радиальное электрическое поле возникает вблизи торцов, помещенных в пробках магнитной системы, то плазма, вращаясь в скрещенных полях, отражается от торцов в направлении центра ловушки, благодаря чему предотвращается продольный уход плазмы на торцы разрядной камеры (продольная энергоизоляция). Величина магнитного поля устанавливается такой, чтобы выполнялось условие <1, где =(neTe+niTi)/(H2/8), где nе, ni, Те, Тi - плотность и температура электронов и ионов плазмы соответственно, Н - величина магнитного поля, для ограничения ухода плазмы в поперечном направлении (поперечная энергоизоляция).

Таким образом, исключив уход энергии в продольном и поперечном направлениях, изобретение позволяет реализовать эффективный нагрев плазмы.

Формула изобретения

1. Способ нагрева плазмы, образующейся в пучково-плазменном разряде в скрещенных радиальном электрическом и магнитном полях, в котором создают магнитное поле пробочной конфигурации, устанавливая его величину достаточной для выполнения условия <1, где =(neTe+niTi)/(H2/8), где nе, ni, Те, Тi - плотность и температура электронов и ионов плазмы соответственно, Н - величина магнитного поля, а радиальное электрическое поле создают в области торцов, помещенных в пробках магнитной системы.

2. Устройство для реализации способа нагрева плазмы по п.1, содержащее цилиндрическую камеру с соосно установленными на ее торцевых диэлектрических стенках инжектором электронов и приемником электронов, магнитную систему, систему напуска и прокачки рабочего вещества и источники электропитания инжектора электронов и радиального электрического поля, отличающееся тем, что магнитное поле имеет пробочную конфигурацию, а торцевые диэлектрические стенки установлены в пробках магнитной системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам беспроволочной передачи электрической энергии и может быть использовано в качестве средства передачи электрических зарядов без проводов

Изобретение относится к технике электрических газовых разрядов, создаваемых в виде канала плазмы, сжатого магнитным полем собственного электрического тока, и применяемых в рентгеновской микролитографии, нейтронографии, в исследованиях биологических микрообъектов и в других областях науки и техники

Изобретение относится к технике электрических газовых разрядов, создаваемых в виде канала плазмы, сжатого магнитным полем собственного электрического тока, и применяемых в рентгеновской микролитографии, нейтронографии, в исследованиях биологических микрообъектов и в других областях науки и техники

Изобретение относится к устройствам для генерации плазмоидов, близких по своим свойствам к шаровым молниям и имеющих возможность автономного существования в свободном пространстве

Изобретение относится к конструкции электродуговых плазмотронов с межэлектродными вставками (МЭВ), предназначенных для нанесения покрытий или плазменной закалки в труднодоступных местах, например для нанесения защитных покрытий на внутренние поверхности труб, диаметр которых в свету соизмерим с дистанциями, принятыми для напыления (100-300 мм)

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке мощных источников рентгеновского излучения

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, более конкретно к устройствам обработки материалов с помощью плазмотронов

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, более конкретно к устройствам обработки материалов с помощью плазмотронов

Изобретение относится к физике плазмы, преимущественно к физике и технике моделирования высокоскоростных потоков микрочастиц, и может быть использовано, в частности, при имитации воздействия на поверхность оптических и конструкционных материалов космического приборостроения потоков микрометеоритов и мелкодисперсных частиц антропогенного загрязнения космического пространства на низких околоземных орбитах

Изобретение относится к технологии плазменной обработки материалов и изделий, в частности к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие материалы, на поверхности изделий с целью получения покрытий различного функционального назначения

Изобретение относится к микроволновым СВЧ-плазменным реакторам с увеличенным объемом плазмы и может быть использовано при производстве изделий электронной техники и др

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов

Изобретение относится к технике получения низкотемпературной плазмы в больших вакуумных объемах

Изобретение относится к технике высокотемпературной плазмы и может быть использовано при разработке мощных источников рентгеновского излучения

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для получения низкотемпературной плазмы и может быть использовано в физических экспериментах, плазмохимии, металлургии, а также установках по утилизации токсичных и бытовых отходов

Изобретение относится к электротехнике и направлено на увеличение срока службы ВЧИ-плазмотронов и повышение их теплового КПД

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано для получения тлеющего разряда (ТР) для различных целей, например для возбуждения активных сред газовых лазеров, для спектроскопии газов и их смесей для химического анализа, для создания плазмохимических реакторов и установок плазменного травления микросхем и др
Наверх