СПОСОБ И Российский патент 1995 года по МПК H05H1/24 H01T1/20 

Изобретение относится к источникам генерирования ионов и может быть реализовано при создании устройств, использующих в рабочих циклах энергию плазмы.

Известны способы генерирования плазмы с помощью импульсных высоковольтных электрических разрядов в объеме жидкости, согласно которым одновременно с разрядом производят всестороннее сжатие объема жидкости с каналом разряда.

Недостатком известных способов генерирования плазмы является запаздывание импульсного высоковольтного электрического разряда, сопровождающееся полным или частичным выделением его энергии в расширяющийся канал разряда, что ограничивает возможность получения высокотемпературной плазмы.

Цель изобретения повышение энергоемкости плазмы.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный высоковольтный электрический разряд производят в объеме жидкости в момент приложения к ней сжимающих сил. Известно, что увеличение плотности энергии, давления и температуры плазмы при осуществлении в жидкости импульсных разрядов обусловлено тормозящим действием инерционных сил, возникающих при быстром расширении канала разряда. Приложение к объему жидкости сжимающих сил будет препятствовать расширению канала разряда в момент выделения энергии в нем, что приведет к принципиальному изменению характера процессов, происходящих при пробое жидкости. Если при пробое свободной жидкости в канале разряда реализуется в основном изотермический процесс, когда вся подводимая к плазме энергия расходуется на совершение работы расширения, то при ограничении его расширения он переходит в разряд изохорических или близких к нему, при котором вся подводимая энергия идет уже на увеличение внутренней энергии, т.е. температуры плазмы. При постоянстве объема плазмы в канале разряда температура ее в соответствии с уравнением состояния возрастает во столько раз, во сколько раз увеличится давление плазмы в канале разряда.

Использование принципов гидро-термодинамического удержания плазмы позволяет обеспечить выполнение с запасом практически всех условий по критерию Лоусона, т.е. как в части получения требуемых значений концентрации и температуры плазмы, так и времени ее удержания.

Минимальные значения параметров плазмы, достигнутые на практике при пробое свободной жидкости, составляют: температура плазмы, сохраняющаяся в течение всего времени выделения энергии в канале разряда 10⁴ К; концентрация плазмы 10²⁶ ион˙ м^-3; среднее давление в канале разряда 10⁸Па; время разряда 10^-6 с.

При осуществлении импульсного разряда в жидкости, находящейся под давлением, в частности 10⁸ Па, компенсирующим давление в канале разряда, температура плазмы в соответствии с уравнением состояния теоретически может достигнуть значений
T 3,6·10¹³, (1) где Т температура плазмы в канале разряда, К;
Р давление плазмы в канале разряда, Па;
n концентрация плазмы, ион˙ м^-3;
К 1,38˙ 10^-23 Дж град^-1 постоянная Больцмана.

Значение критерия Лоусона без учета роста концентрации плазмы обусловленного поджатием канала разряда, равно
n ˙ τ 10²⁶ ˙10^-6 10²⁰ с˙ м^-3, (2) где τ время удержания плазмы.

Плазма со значениями параметров, вычисляемых по формулам (1), (2), переходит в разряд высокотемпературной.

Способ может быть реализован в гидравлических машинах, обеспечивающих возможность получения давления до 10⁸ Па (на практике оно будет меньше) в стационарном силовом поле (ротативные двигатели) или циклически (поршневые машины), а также импульсно с помощью создания разряда в центре схлопывающегося парогазового пузыря, предварительно образованного в жидкости другим электрическим разрядом (гидравлические машины, работающие при давлениях, меньших 10⁸ Па), или предварительного взрыва заряда взрывчатого вещества (системы энергетического воздействия на преграду).

Реализация предлагаемого способа генерирования плазмы позволит обеспечить по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность получения высокотемпературной плазмы техническими путями, допускающими ее использование в известных технических решениях и устройствах как разового, так и длительного действия; резкое снижение затрат, материалов и сокращение сроков создания устройств, использующих в рабочих циклах энергию высокотемпературной плазмы.

А. НИКОЛЬСКОГО ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ. Использование: в плазменной технике, в устройствах, использующих плазму в качестве рабочего тела. Сущность: повышение энергоемкости плазмы обеспечивается за счет того, что импульсный высоковольтный электрический разряд производят в объеме жидкости в момент приложения к ней сжимающих сил, обеспечивающих всестороннее сжатие канала разряда.

Способ генерирования плазмы с помощью импульсного высоковольтного электрического разряда в объеме жидкости, согласно которому одновременно с разрядом производят всестороннее сжатие объема жидкости с каналом разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения энергоемкости плазмы, всестороннее сжатие осуществляют путем стационарного приложения к жидкости сжимающих сил или импульсного приложения к жидкости сжимающих сил с помощью предварительного взрыва заряда взрывчатого вещества или с помощью создания разряда в центре схлапывающегося парогазового пузыря, предварительно образованного в жидкости другим электрическим разрядом.