ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНХРОТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК H02N3/00 H05H1/02 

Изобретение относится к плазменной технике, предназначенной для аккумуляции энергии в среде плазмы с последующим ее отводом и использованием.

Известны различные устройства, предназначенные для накопления, генерации энергии (а. с. 1736016-5, H 05 H 7/04 "Устройство для накопления электромагнитной энергии и генерации импульсных токов"; а.с. 1094569, H 05 H 7/18 "Высокочастотный факельный плазматрон для нагрева дисперсного материала"; а. с. 1112998, H 05 B 7/18 "Способ генерации энергии").

В настоящее время работают экспериментальные образцы МГД-генераторов на частично ионизированной плазме с добавками, в которых учтен процесс-явление ионизационной турбулентности низкотемпературной плазмы (см. открытие N 260 от 22.07.1982 г.)
Известно устройство "Сферомак", в котором реализована идея искусственно создавать тороидальную конфигурацию плазмы с самосогласованным азимутальным полем, способным образовывать и удерживать плазму за счет образования магнитных полей токами самой плазмы (Природа, N 1, 1981, с. 113-114 ст. "От токамака к сферомаку").

Известно устройство (PCT F 191/00166 от 28 мая 1991 г., H 05 H 1/00, 1/02, 1/24: WO 92/22189 от 10.12.92 "Метод генерации и эксплуатации шаровой плазмы и подобных явлений в камере"). Данная газоразрядная камера имеет следующие недостатки: механизм для впрыскивания газа требует энергии; сложность оборудования; использование лазерного луча - это большой расход энергии с низким КПД; создание магнитных полей требует наличия снаружи камеры магнитных катушек - это дорогостоящее и энергетически сложное устройство.

Известное устройство "Плазменный ионизационный-турбулентный аккумулятор" (патент RU 2110137 C1, H 02 N 3/00, H 05 H 1/02) в сущности своей представляет собой бризерную установку, см. "Солитоны в действии" /1/.

Устройство состоит из камеры для газа или жидкости, на торцах которой смонтированы инфракрасные излучатели, работающие в режиме термической диссоциации среды, направленные излучающими поверхностями навстречу друг другу. Излучатели оснащены нагревательными элементами. В центре инфракрасных излучателей размещены рентгеновские излучатели, обеспечивающие остронаправленное излучение по оси для ионизации среды. В центре камеры по оси установлены токоприемные катушки, соединенные между собой последовательно и связанные проводниками, выведенными через боковую стенку камеры, с клеммами токоприемника.

Комплексный излучатель данного устройства определяет в любой среде при нормальном или повышенном давлении ее ионизацию и образование ударной волны, за счет самосжимающегося температурного поля, причем за счет размерной анизотропии, при увеличении температуропроводности, определяет топологическую устойчивость в форме индукционных токов ионной компоненты конической конфигурации и согласованного с ним азимутального поля торроидальной конфигурации, образованного токами самой плазмы. Такая топологическая устойчивость обладает следующими свойствами:
- определяет осцилирующий диполь,
- обладает эффектом насыщения неоднородностей, т.е. определяет динамический процесс: насыщенная неоднородность захватывает новый приходящий солитон, но при этом выпускает захваченный ранее.

Под действием инфракрасного излучателя, работающего в диапазоне термической диссоциации среды и рентгеновского излучения обеспечивается ионизация рабочей среды.

За счет действия рентгеновского излучения обеспечивается усиление вырыва электронов по типу движения электронов в микротроне В.И.Векслера, которые образуют на расстоянии от излучателей в центре установки магнитные торроидальные поля, обеспечивая ионизационную турбулентность согласно открытия N 260. При прохождении флуктуаций плотностей в среде через магнитные торроидальные кольца, образующиеся в среде, в них возникают токовые слои, обеспечивающие разогрев газа до плазменного состояния и сжатие ее согласно открытию N 55, образуя в центре установки между магнитными торроидальными полями шаровой плазменный пинч.

Эта установка использует при своей работе те положительные направления, которые отдельно используются в вышеупомянутых аналогах:
- удержание и разогрев плазменного шарового пинча нарастающим магнитным полем,
- импульсное приращение энергии плазменного шара,
- постоянное снятие электромагнитной энергии для промышленного использования в любой заданной гамме электромагнитного излучения.

Кроме того, обладает целым рядом собственных преимуществ:
- низкая стоимость установки,
- за счет наличия в магнитных торроидальных кольцах флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации обеспечивается отражение потоков нейтронов и других частиц внутрь шарового пинча, то есть безопасность установки;
- регулирование образованием шарового пинча.

Недостатком этого устройства является то, что под действием только двух факторов теплового и осевого рентгеновского излучения обеспечивается недостаточная мощность образования шарового пинча, что приводит к необходимости увеличения габаритов установки, при увеличении мощности шарового пинча, а это требование и определено пределом насыщения неоднородности. Кроме того, известно, что при фазовом переходе первого рода выигрыш при образовании новой фазы с меньшим значением фазы (термически более выгодной) при образовании зародыша пропорционален его объему, а проигрыш - площади поверхности (значению поверхности энергии).

Кроме того, за счет быстрого изменения теплосодержания среды при ионизации может разрушаться поверхность инфракрасного излучателя.

Задачей изобретения является повышение мощности накопления энергии за счет образования мощного шарового пинча, увеличение режима эксплуатации устройства за счет увеличения срока службы инфракрасного излучателя и одновременно увеличения диапазона снятия энергии в режиме магнитных дискретных полей и пандемоторных сил (т.е. в режиме механических полей, за счет регулирования насыщенной неоднородности за счет образования ионно-звуковых волн. см. /1/).

Технический результат достигается тем, что устройство содержит газовые сопла, расположенные вокруг инфракрасных излучателей по их периметру, и генератор электромагнитных колебаний, который соединен с рупорами, вмонтированными в полусферы инфракрасных излучателей. Перегоняя рабочую среду из центра камеры на сопла, обдувая инфракрасный излучатель, мы увеличиваем амплитуду флуктуации в рабочей среде, одновременно увеличивается скорость смещения электронов к центру камеры, а их взаимодействие с электромагнитным излучением увеличивает амплитуду ионно-звуковых волн в среде и плотность пинча увеличивается, при этом эффект насыщения неоднородности увеличивает режим дискретности выброса энергии, импульс растет по амплитуде ионно-звуковых волн.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения изложена на чертежах, где:
фиг. 1 изображает принципиальную схему параметрического синхротронного преобразователя;
фиг. 2 изображает сечение излучателя параметрического синхротронного преобразователя /разрез по диаметральной плоскости/,
где: 1 - корпус камеры параметрического синхротронного преобразователя, 2 - инфракрасный излучатель, 3 - рентгеновский излучатель, 4 - рупоры многорупорной антенны, 5 - энергосъемники 1, 6 - газоводы, 7 - газовый насос, 8 - генератор электромагнитных колебаний в диапазоне СВЧ, 9 - волноводы, 10 - сопла газоводов, 11 - термоэлектрическая спираль, 12 - излучающая поверхность инфракрасного излучателя.

Параметрический синхротронный преобразователь представляет собой комплекс, выполненный на едином основании и состоящий из камеры 1 параметрического синхротронного преобразователя и вспомогательного оборудования /использование параметрического синхротронного преобразователя в качестве подъемного устройства не требует корпуса камеры 1/.

В камере 1 смонтированы два инфракрасных излучателя 2, в центральной части которых установлены рентгеновские излучатели 3 и рупоры 4 многорупорной антенны. Вокруг инфракрасных излучателей по их периметру на корпусе камеры установлены сопла 10 газоводов 6. Подача газа в сопла обеспечивается газовыми насосами 7, соединяющими газоводы идущие от центральной части камеры с газоводами, подающими газ в сопла. На равном удалении от центральной части внутри камеры установлены энергосъемники 5. Рупоры 4 многорупорной антенны соединены с генератором электромагнитных колебаний СВЧ 8 волноводами 9. К вспомогательному оборудованию относятся приборы, обеспечивающие работу инфракрасного излучателя 2 и рентгеновского излучателя 3. Фиг. 1. /На чертежах вспомогательное оборудование не показано/.

Конструкция излучателя параметрического синхротронного преобразователя состоит из излучающей поверхности 12 инфракрасного излучателя, подогреваемой термоэлектрической спиралью 11. Излучающая поверхность 12 выполнена полусферической формы. В центре инфракрасного излучателя на торцевой стороне камеры крепится рентгеновский излучатель 3, а вокруг него располагаются рупоры 4 многорупорной антенны. Рупоры 4 выполнены секториальной формы. На внешней стороне корпуса камеры 1 вокруг инфракрасного излучателя 2 по его периметру закреплены сопла 10, которые выполнены секториальной формы. Газ, поступающий в сопла 10 по газоводам 6, обдувает выпуклую поверхность 12 инфракрасного излучателя. Фиг. 2.

Мощность вспомогательного оборудования и излучателей выбирается исходя из выбранного рабочего газа исходя из режимов температуры термической диссоциации газа. Параметры устройства определяются назначением устройства, то есть где будет применяться. Генератор электромагнитных колебаний 8 должен осуществлять работу в миллиметровом диапазоне СВЧ. Насосы 7 должны обеспечивать равномерную подачу газа на все сопла 10. Материал излучающей поверхности 12 инфракрасного излучателя либо его конструкция должны обеспечивать прохождение рентгеновского и радиоизлучения.

Работа параметрического синхротронного преобразователя заключается в следующем.

Инфракрасные полусферы 12 излучателя нагреваются спиралью 11 и начинают работать в режиме термической диссоциации среды для ослабления и разрушения молекулярных связей газа. Под действием комплексного излучения от инфракрасного излучателя 2 и рентгеновского излучателя 3 в среде возникает тепловая волна, затем ударная волна, обеспечивающая ударную ионизацию газа. Ударная волна обеспечивает смещение частиц газовой среды от комплексного излучателя к оси и центру камеры 1 из-за неоднородности ионизации среды. Ионы, сжимаясь к оси, попадают под действие рентгеновского излучения, охлаждаются, сбрасывая электроны. Идет процесс ионизации газовой среды, разделяя низкотемпературную плазму на ионную и электронную композицию с компенсацией ионов на оси и электронов на периферии от оси корпуса камеры 1. С разделением зарядов возникает ударная волна плазмы, которая определена электростатическими колебаниями, определяя условия самофокусировки теплового излучения плазмы, так как в газовой среде распространяются сразу три волны под действием рентгеновского 3 и инфракрасного 2 излучателей, тепловых, акустических и электростатических. Акустические волны определяют возникновение токов в электронной составляющей композиции плазмы. Распространение ударной волны определяет образование флуктуаций плотностей как электронной, так и ионной составляющей плазмы. От периферии на оси камеры 1 образуются токовые вихри электронной компоненты плазмы ("Явление ионизационной турбулентности низкотемпературной плазмы", открытие N 260 от 22.07.82 г.).

За счет флуктуации плотностей в ионной компоненте образуются индукционные токи. Индукционные токи как бы навинчиваются на ось, сужаясь от инфракрасного излучателя 2. Индукционные токи электронной компоненты определяют образование сфероидальных полей торроидальной конфигурации. Индукционные токи ионной компоненты определяют образование полей конической конфигурации. Возникновение индукционных токов ионной составляющей определяет появление осевых полей магнитной индукции, линии которой имеют направление вдоль оси, а индукционные токи определяют поверхность конуса. Образование ионизационной турбулентности определяет образование волн с отрицательной энергией, увеличивая амплитуду теплового излучения, ударной волны и электростатических колебаний (явление взрывной неустойчивости).

Быстрая перестройка магнитного поля электронной компоненты определена процессами самосжатия плазменного разряда, а при прохождении ударной волны в газе - "Спин-эффект" и поддерживается токами индукции ионной составляющей за счет амбиполярной диффузии заряженных частиц при взрывной неустойчивости.

В устройстве два комплексных излучателя, направленных своими излучающими поверхностями навстречу друг другу. Токовая ионизационная турбулентность определена в нем уже не спиралями, а замкнутыми индукционными витками индукционных токов ионной компоненты и замкнутыми индукционными токами электронной компоненты, образующих в газовой среде два осевых поля конической конфигурации и два азимутальных поля тороидальной формы. Эти азимутальные индукционные токи представлены в плазме "проводниками" с током, которые при условии, если токи имеют одинаковое направление, стягиваются, если разное, то проводники расходятся. Движение двух индукционных токов ионной компоненты имеют одно направление, и они стягиваются к центру. Движение двух индукционных токов электронной компоненты тоже имеют одно направление, и токи в них стягиваются. Слияние двух тороидальных конфигураций исключено за счет того, что они имеют на поверхности одинаковые по знаку заряды. На участке соприкосновения тороидальных конфигураций магнитные поля взаимно гасят друг друга, образуя зону, где движение индукционных токов изменяет свое направление, обеспечивая условия регулирования дрейфа индукционного тока по поверхности тора, сжимая тор при большой скорости дрейфа. Газовый разряд в газе, возникающий в центре на оси цилиндра 1 растет и при полной ионизации среды, сжимаясь к центру, определяет сфероидальную форму. Сжатие плазмы и воздействие на нее рентгеновского излучения в точке фокусировки приводит к усилению мощности собственных колебаний и порождению ударных волн, которые загоняют высокотемпературную плазму между тороидальными полями, образуя шаровой пинч. Аккумулятор заряжен. Таким образом, получаем аккумулятор, который при определенных условиях может выдавать энергию в любом диапазоне электромагнитного излучения. Высокая скорость развития нестабильностей затрудняет токосъем с устройства на потребитель. Но управлять этими процессами можно за счет катушек энергосъемника 5, расположенных на оси камеры 1, так как электропроводность плазмы возле оси ниже, чем в торе, и магнитные поля быстрее проникают в тор. При получении постоянного тока необходимо катушки соединить последовательно и переключить на потребителя. Индукционный ток в одном из витков катушки энергосъемника 5 (условно назовем в первом) вызовет ток в другом, а тот, в свою очередь, изменяя число силовых линий магнитной индукции совместно с силовыми линиями с ионной составляющей, сожмет этот тор за счет согласования со вторым. Первый тор расширится, увеличит индукционный ток в первой катушке 5, во второй сжимающийся тор еще уменьшит электропроводность плазмы. Такая раскачка будет осуществляться до потребного напряжения потребителя. Когда ток потечет по первой катушке ЭДС-самоиндукции, в нем резко возрастет ток. Во втором торе за счет резкого сжатия поперечная составляющая скорости индукционного дрейфующего тока по тороидальной конфигурации возрастает, увеличивается скорость вращения индукционного тока на конической поверхности второго конуса. Второй тор увеличится. Рост поперечной составляющей тока в первом торе, но уже другого направления при резком его расширении замедляет скорость вращения токов на первом конусе и меняет направление вращения в камере, возникают разнонаправленные токи - торы расходятся. Первый тор сжимается. После расхождения торов рост второго тора возрастает - замедляется вращение тока на втором конусе и снова меняется направление вращения, образуя "проводники" с током одинакового направления - торы сжимаются. Такой колебательный процесс поддерживается силами магнитной упругости, возникающими в индукционных токах конусной формы, и изменением зарядов на поверхности торов.

За счет изменения направления вращения индукционных токов на конусных формах растет сила тока. За счет колебаний при режиме разряда плазменная конфигурация - сфероид расширяется. Такое взаимодействие катушек энергосъемника 5 со сфероидальными образованиями уже не требует работы комплексного излучателя, и устройство работает в режиме разряда.

Таким образом, под действием осевого рентгеновского излучения осуществляется усиление фазового перехода второго рода до критического состояния, после чего осуществляется фазовый переход первого рода, скачком изменяется плотность среды, образуя зародыш высокоплотной среды в виде шарового пинча и магнитных тороидов. Шаровой пинч получает дополнительный нагрев за счет образования токовых слоев при пульсации его в магнитных тороидальных полях.

Включая в работу газовый насос 7 и перегоняя рабочую среду из центра камеры 1 по газоводам 6 и обдувая инфракрасный излучатель 2 через сопла 10, мы увеличиваем амплитуду флуктуаций в рабочей среде, причем за счет процессов, происходящих в динамически перемещающейся среде, т.е. движущемся потоке частиц, дисперсия возрастает, одновременно увеличивается скорость смещения электронов к центру камеры. Необходимо отметить, что обдувание инфракрасного излучателя обезопасит его от резкого изменения теплосодержания. Взаимодействие частиц среды в потоке с электромагнитным излучением в диапазоне СВЧ увеличивает амплитуду ионно-звуковых волн в среде. Известно, что СВЧ излучение, проходя через магнитные поля, отклоняется, т.е., проходя через осевое поле конической конфигурации, фокусируется и совместно с рентгеновским излучением увеличивает импульс, загоняя плазму между тороидальными полями, увеличивая плотность и мощность шарового пинча. Дополнительный разогрев за счет излучателей от генератора 8 электромагнитных колебаний увеличивает скорость фазового перехода второго рода до критического и уменьшает размеры треугольника фокусировки теплового излучения, что приведет к уменьшению внешних параметров устройства, а при фазовом переходе первого рода СВЧ излучение обеспечивает дополнительный нагрев шарового пинча, сохраняя его метастабильность.

Регулируя мощность инфракрасного излучателя 2 и рентгеновского излучателя 3, можно регулировать механические колебания в ионно-звуковом диапазоне, идущие от шарового пинча, что позволит использовать устройство как подъемник, заменяя транспортные средства, работающие по принципу "воздушная подушка".

Использование предлагаемого изобретения позволит создать небольшие компактные энергетические установки с большей емкостью накопления энергии, а за счет образования магнитных торов, в которых имеют место флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации, создающие условия отражение потоков частиц внутрь шарового пинча, обеспечивается их безопасность эксплуатации как энергетической установки, так и как транспортного средства.

Список литературы
1. Солитоны в действии. /Под редакцией К.Лонрена и Э.Скотта, перевод с английского под редакцией академика А.В.Гапонова-Грехова, изд. Мир, 1981 г.

2. Явление ионизационной турбулентности низкотемпературной плазмы. Открытие N 260 от 22.07.82 г.

3. Журнал "Квант" N 4, 1977 г., статья Л.Голдина "Ускорители", стр. 2-12.

4. Открытие диплом N 55.

Устройство относится к плазменной технике, предназначенной для аккумуляции энергии в среде плазмы с последующим ее отводом и использованием. Преобразователь содержит камеру, два инфракрасных излучателя, направленные друг к другу своими излучающими поверхностями, в центре которых расположены рентгеновские излучатели, газовые сопла, расположенные вокруг инфракрасных излучателей по их периметру, энергосъемники и генератор электромагнитных полей СВЧ, который соединен с рупорами многорупорной антенны, расположенными вокруг рентгеновских излучателей. Изобретение позволяет создать небольшие компактные энергетические установки с большой емкостью накопления энергии, а за счет образования магнитных тороидальных образований вокруг пинча, в которых имеют место флуктуации намагниченности и диэлектрической поляризации, создающие условия отражения потоков частиц внутри шарового пинча, обеспечивается их безопасность эксплуатации как энергетической установки, так и как транспортного средства. 2 ил.

Параметрический синхротронный преобразователь, включающий камеру, размещенные в ней два инфракрасных излучателя, направленные выпуклыми излучающими поверхностями друг к другу, в центре каждого из которых расположены рентгеновские излучатели, и энергосъемники, установленные внутри камеры на равном удалении от ее центральной части, отличающийся тем, что дополнительно содержит газовые сопла, соединенные с насосами и расположенные вокруг инфракрасных излучателей по их периметру, и генератор электромагнитных колебаний СВЧ, соединенный с рупорами многорупорной антенны, расположенными вокруг рентгеновских излучателей.